DE4319347A1 - Nachrichtenübertragungsanlage für eine Krananlage - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Nachrichtenübertragungsanlage für eine Krananlage in einem Container-Bahnhof. In einem solchen Container-Bahnhof ist zum Umladen der Container von den Eisenbahnwagen auf die Straßenfahrzeuge und umgekehrt eine Krananlage vorgesehen. Sie besteht aus einer mehrere hundert Meter langen Kranbahn, auf der ein Kran, z. B. ein Portalkran, fahrbar angeordnet ist. Zur Energieversorgung des Kranes ist ein Schleifleitungssystem vorgesehen, das aus parallel zu den Kranbahnschienen verlaufenden Schleifleitungen und den an dem Kran angebrachten und auf den Schleifleitungen schleifenden Schleifkontakten besteht. Wegen der hohen zu übertragenden Leistung wird das Schleifleitungssystem mit einer Spannung von mehreren tausend Volt betrieben, wobei Ströme in der Größenordnung von hundert Ampere auftreten.

Eine solche Krananlage erfordert mehrere Nachrichtenübertragungskanäle zwischen dem ortsfesten Anlagenteil und dem Kran zur Sprachübertragung sowie zur Übertragung von Steuer- und Datensignalen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Nachrichtenübertragungsanlage für eine zuvor beschriebene Krananlage zur Sprachübertragung sowie zur Übertragung von Steuer- und Datensignalen.

Diese Aufgabe wird durch eine Nachrichtenübertragungsanlage nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

Der Anspruch 2 lehrt eine Weiterbildung, die sich mit dem Betrieb mehrerer Kräne auf der selben Kranbahn befaßt.

Der Anspruch 3 lehrt eine Weiterbildung, damit zwei Krananlagen ohne gegenseitige Störungen unmittelbar benachbart betrieben werden können.

Zum Stand der Technik werden folgende Schriften genannt:

• (1) Mölich, H.: Das TFH-Einseitenbandgerät E 704. Technische Mitteilungen AEG-TELEFUNKEN 70 (1980) 4/6, S. 164-169.
• (2) Jodl, H.; Müller, W.: Ankopplungen und Sperren für Trägerfrequenz-Nachrichtenübertragung über Hochspannungsleitungen. Technische Mitteilung AEG-TELEFUNKEN 70 (1980) 4/6, S. 170-172.
• (3) Prospekt "TFH-Gerät E 804", herausgegeben von der Fa. ANT Nachrichtentechnik GmbH, Backnang, Best.-Nr. ANT 1564 04.85.
• (4) Linkh, H.-P.: Steuerung für moderne Uferentlader und Platzbrücken. AEG-Mitteilungen 55 (1965) 4, S. 325-332.
• (5) Hutter, M.; Schein, D.: Fernsteuerung und Fernüberwachung in der Fördertechnik. AEG- Mitteilungen 55 (1965) 4, S. 337- 345.
• (6) Hoffmann, H.-J.; van Kaick, K.: Fortschritte auf dem Gebiet der induktiven Übertragung am Beispiel des Systems Logitrans. Technische Mitteilung AEG-TELEFUNKEN, 68 (1978) 3/4, S. 108-112.
• (7) Kling, R.: Automatisierung der Hochofenbeschickung. AEG- Mitteilungen 57 (1967) 5, S. 271-275.
• (8) DE-PS 40 30 939.
• (9) Firmenschrift "POWERCOM 2 Benutzerhandbuch - Das digitale Datenüberwachungs-System in Verbindung mit Schleifleitungen -", herausgegeben von der Fa. Paul Vahle GmbH, Kamen.

Aus der Schrift (1) ist es bekannt, eine zur Energieversorgung bestimmte Leitung, nämlich eine Hochspannungsleitung, zusätzlich zur Nachrichtenübertragung mittels der TFH (Trägerfrequenzübertragung über Hochspannungsleitungen) - Technik auszunutzen. Aus der Schrift (2) ist es bekannt, daß dazu Koppelkondensatoren und Sperren notwendig sind, die entsprechend den auftretenden Spannungen und Strömen zu bemessen sind.

In der Schrift (3) wird ein weiteres TFH-Gerät beschrieben. Auf der dritten Seite ist angegeben, daß zur Energieversorgung entweder eine Gleichspannung von 40 V bis 75 V oder eine Wechselspannung von 220 V notwendig ist. Die Leistungsaufnahme beträgt 40 W bis 80 W bzw. 65 VA bis 130 VA.

In dem in der Schrift (4) auf der Seite 330 unten rechts beginnenden Abschnitt wird die Anwendung von eigens zur Nachrichtenübertragungen vorgesehenen Schleifleitungen auf einer Förderanlage beschrieben. Jedoch wird aus Gründen hoher Kosten und hoher Störungsanfälligkeit davon abgeraten. In dem auf der Seite 331 folgenden Abschnitt wird noch auf die Möglichkeit hingewiesen, ein zur Energieversorgung vorgesehenes Schleifleitungssystem zusätzlich zur Nachrichtenübertragung auszunutzen. Wie dies zu bewerkstelligen ist, wird jedoch nicht gelehrt.

Wollte man das in der eingangs beschriebenen Krananlage für einen Container-Bahnhof für die Energieversorgung vorgesehene Schleifleitungssystem mit der TFH-Technik auch für die Nachrichtenübertragung ausnutzen, so müßten entsprechend den hohen Spannungen und Störungen bemessene und damit teure und große Koppelkondensatoren und Sperren vorgesehen werden. So läßt sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht lösen.

Im Abschnitt 4.4. auf Seite 339 der Schrift (5) werden eigens zur Nachrichtenübertragung auf Förderanlagen vorgesehene Schleifleitungen beschrieben. Es werden ferner die Schwierigkeiten durch Kontaktstörungen infolge von Oxydschichten erwähnt sowie Maßnahmen dagegen, nämlich die Anwendung eines zusätzlichen Gleichstromes zum "Freibrennen der Leitung". Damit ist wohl das Durchschlagen der Oxydschicht gemeint. Nicht angegeben ist, wie die Geräte zur Nachrichtenübertragung an die Schleifleitung angekoppelt und wie der zusätzliche Gleichstrom in die Schleifleitung eingekoppelt werden sollen.

Im Abschnitt 4.7 auf der Seite 340 der Schrift (5) wird noch die TFH-Technik erwähnt. Jedoch hat sie wohl damals in der Fördertechnik keine Bedeutung erlangt.

In der Schrift (6) werden auch wieder eigens für die Nachrichtenübertragung vorgesehene Leitungen auf Förderanlagen erwähnt, und zwar als Schleifleitungen und alternativ dazu als Induktionsschleife ausgebildet. Es wird ferner gelehrt, die Induktionsschleife mit ihrem Wellenwiderstand abzuschließen, das heißt, an ihrem Ende mit einem Widerstand zu beschalten, der gleich ihrem Wellenwiderstand bemessen ist. Das ortsveränderliche Fördergerät ist nur magnetisch durch eine sogenannte Antenne, also verhältnismäßig lose, mit der Induktionsschleife gekoppelt, was eine hohe Dämpfung zur Folge hat.

Eine Förderanlage mit einer Induktionsschleife zur Nachrichtenübertragung ist auch in der Schrift (7) beschrieben. Auch der Abschluß mit dem Wellenwiderstand ist erwähnt. Zusätzlich zur Übertragung von Steuersignalen ist eine Sprachübertragung vorgesehen. Jedoch ist offen gelassen, ob sie gleichzeitig mit der Übertragung der Steuersignale oder alternativ dazu geschieht.

Die Schrift (8) befaßt sich auch mit einer eigens für die Nachrichtenübertragung vorgesehenen Schleifleitung in einer Förderanlage und wie Kontaktstörungen durch Oxydschichten zu vermeiden sind. Die Lösung besteht darin, daß über die schleifkontakte zu den Signalströmen ein zusätzlicher Strom, geleitet wird. Der zusätzliche Strom, ein Wechselstrom mit der für Energieversorgungsnetze üblichen Frequenz, soll die Oxydschicht auf der Schleifleitung entfernen. Um diesen zusätzlichen Strom über die Schleifkontakte zu führen und ihn dabei nicht mit den Signalströmen zu verkoppeln, sind in kostenaufwendiger Weise die doppelte Anzahl Schleifkontakte sowie mehrere Transformatoren und Übertrager erforderlich. Zur Verringerung der Verlustleistung ist noch eine Strombegrenzung durch Induktivitäten vorgesehen.

Die Erfindung sieht zur Vermeidung von Kontaktstörungen, also zum Durchschlagen von oxydschichten auf den Schleifleitungen, einen zusätzlichen Strom zu den Signalströmen vor. Zu seinem Einkoppeln werden die in der TFH-Technik üblichen Koppelkondensatoren und Sperren verwendet. Das Problem, daß dieser zusätzliche Strom Verlustleistung verursacht, umgeht die Erfindung dadurch, daß dieser zusätzliche Strom zur Energieversorgung des auf dem Kran untergebrachten TFH-Gerätes dient. Wegen der geringen Leitungsaufnahme von maximal 80 W bzw. 130 V und der mäßig hohen Versorgungsspannung von 75 V bzw. 220 V, wie in der Schrift (3) angegeben, genügen als Koppelkondensatoren und Sperren verhältnismäßig preisgünstige und räumlich kleine Ausführungen.

Aus der Schrift (9) ist es an sich bekannt, ein eigens für die Nachrichtenübertragung vorgesehenes Schleifleitungssystem zur Vermeidung von Kontaktstörungen zusätzlich zur Energieversorgung des auf dem beweglichen Teil einer Förderanlage befindlichen Nachrichtenübertragungsgerätes zu benutzen.

In den Schriften (4), (5), (6), (8) und (9) ist als Nachrichtenübertragung nur die Übertragung von Steuersignalen, also Datensignalen, vorgesehen. Die Erfindung befaßt sich dagegen mit einer Nachrichtenübertragungsanlage, die gleichzeitig mit und unabhängig von einer Übertragung von Steuersignalen noch die Sprachübertragung ermöglicht.

Die Ausbildung eines TFH-Gerätes in der Weise, daß es die gleichzeitige Übertragung von Sprache und Steuer- bzw. Datensignalen ermöglicht, ist aus dem Abschnitt 3.4 auf der Seite 168 der Schrift (1) bekannt. Es ist dort das Zweifachgerät beschrieben, mit dem zwei NF-Kanäle übertragen werden können. Einer der beiden NF-Kanäle benutzt man zur Sprachübertragung, den anderen zur Datenübertragung.

Die hier vorgesehenen TFH-Geräte arbeiten nach dem Einseitenbandverfahren ohne Übertragung einer Trägerschwingung. Im sendenden TFH-Gerät werden die zwei zu übertragenden NF-Kanäle in einem mehrstufigen Modulationsverfahren in die trägerfrequente Übertragungslage umgesetzt. Die so gewonnene trägerfrequente Signalschwingung wird dann über das Schleifleitungssystem zum empfangenden TFH- Gerät, also zum Gegengerät, übertragen und dort demoduliert.

Bei einem Betrieb einer Nachrichtenanlage über ein Schleifleitungssystem tritt das Problem der Stichleitung auf.

Schließt man das ortsfeste TFH-Gerät an den Anfang der Schleifleitung an, so wirkt das Stück der Schleifleitung, das sich von ihrem Ende bis zu den Schleifkontakten erstreckt, als Stichleitung. Ihre Länge kann bei einer angenommenen Kranbahnlänge von 800 m je nach Stellung des Krans jeden Wert von Null bis 800 in annehmen. Als Frequenzbereich für die trägerfrequente Übertragungslage kommt der Bereich von 60 kHz bis 190 kHz in Frage. Das heißt, die Stichleitung kann beim Verfahren eines Kranes eine Länge annehmen, die einem Viertel der jeweiligen Wellenlänge gleich ist. Eine solche Stichleitung bewirkt, wenn man sie am Ende offen läßt, am Ort des Schleifkontaktes infolge der Ausbildung einer stehenden Welle einen Kurzschluß für die betreffende Signalschwingung, so daß die Nachrichtenübertragung in der betreffenden Stellung des Kranes unterbrochen ist.

Die erfindungsgemäße Lösung, das Ende des Schleifleitungssystems mit einem Abschlußwiderstand zu versehen und die TFH-Geräte über verhältnismäßig kleine Vorwiderstände an das Schleifleitungssystem anzukoppeln, verhindert weitgehend die Ausbildung stehender Wellen und bewirkt aber auch eine genügend feste Ankopplung der TFH- Geräte an das Schleifleitungssystem zwecks Erreichung einer geringen Dämpfung.

Die im Anspruch 2 gelehrte Verteilung der in die Übertragungslage umgesetzten NF-Kanäle nutzt den Umstand aus, daß sich die Kräne nicht überholen können. Der dem Ende der Kranbahn zugewandte Kran wird also vorwiegend in der Nähe des Endes eingesetzt. Dementsprechend wird der dem Anfang zugewandte Kran vorwiegend in der Nähe des Anfangs eingesetzt. Der Anspruch 2 befaßt sich ferner mit dem Umstand, daß sich durch die Bemessung des Abschlußwiderstandes und der Vorwiderstände gemäß dem Anspruch 1 stehende Wellen nicht ganz vermeiden lassen. Durch die Lehre des Anspruches 2 wird die Wahrscheinlichkeit, daß störende stehende Wellen auftreten, stark verringert. Das wird dadurch erreicht, daß bei dem vorwiegend in der Nähe des Endes eingesetzten Kran der als Stichleitung wirkende Abschnitt im Mittel kurz ist und deshalb Signalschwingungen mit kurzer Wellenlänge noch nicht stören. Bei dem dem Anfang zugewandten Kran ist zwar der als Stichleitung wirkende Abschnitt im Mittel recht lang. Da diesem Kran jedoch Signalschwingungen mit großer Wellenlänge zugeordnet sind, stört eine lange Stichleitung nicht.

Die Erfindung wird anhand eine in den Fig. 1a und 1b dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Man lege die Fig. 1b rechts neben die Fig. 1a. Es wird eine Nachrichtenübertragungsanlage für eine Krananlage mit drei Kränen gemäß dem Anspruch 2 beschrieben. Das Ausführungsbeispiel gilt aber auch sinngemäß für eine Krananlage mit nur einem Kran gemäß dem Anspruch 1, wenn man sich die zwei übrigen Kräne und die ihnen zugeordneten TFH- Geräte wegdenkt.

Mit SL₁ und SL₂ ist eine zweipolige Schleifleitung bezeichnet. An ihrem Anfang A ist eine Zentrale Z, also der ortsfeste Anlagenteil, angeschlossen. An ihrem Ende E ist ein Leitungsabschluß LAB angeschlossen. Dazwischen sind über Schleifkontakte SK₁₁, SK₁₂, SK₂₁, SK₂₂, SK₃₁ und SK₃₂ die Einrichtungen auf den Kränen PK₁, PK₂ und PK₃ angeschlossen. In der Zentrale Z und auf jedem Kran befinden sich eine Leitungsausrüstung LA₀, LA₁, LA₂ bzw. LA₃ sowie eine TFH- Ankopplung AK₀, AK₁, AK₂ bzw. AK₃. Jede Leitungsausrüstung enthält einen Überspannungsableiter ÜA, eine Sperre Sp, einen Koppelkondensator C_K und einen Kurzschließ-Schalter KS. Dieser Schalter hat die gleiche Bedeutung wie der sogenannte Erdungsschalter in herkömmlichen TFH-Anlagen, siehe Schrift (2), Seite 171, linke Spalte, 11. Zeile.

Jede TFH-Ankopplung enthält eine Schmelzsicherung Si, eine Ableitungsspule AS, einen Vorwiderstand R_V und einen Anpassungsübertrager AÜ mit einer Primärwicklung P und einer Sekundärwicklung S. An die Primärwicklung P sind in der Zentrale Z die TFH-Geräte TFH₀₁, TFH₀₂ und TFH₀₃ angeschlossen. Auf den Kränen sind an die jeweilige Primärwicklung P die TFH-Geräte TFH₁, TFH₂, bzw. TFH₃ angeschlossen. Jede Sekundärwicklung S weist einige Anzapfungen A₁, A₂ und A₃ auf, die zur Einstellung des gewünschten Innenwiderstandes des jeweiligen TFH-Gerätes dienen.

In der Zentrale Z wird über die Sperre Sp die Betriebsspannung von 220 V für die TFH-Geräte auf den Kränen in die Schleifleitung eingekoppelt. Sie wird auf jedem Kran über die jeweilige Sperre Sp wieder ausgekoppelt und dem Stromversorgungseingang SmV des jeweiligen TFH-Gerätes zugeführt.

Der Leitungsabschluß LAB enthält einen Überspannungsableiter ÜA, einen Koppelkondensator C_K, eine Schmelzsicherung Si, eine Ableitungspule AS und einen Abschlußwiderstand R_A.

Der Wellenwiderstand der Schleifleitung beträgt 200 Ω. Dementsprechend weisen die TFH-Geräte durch Beschaltung der entsprechenden Anzapfung am jeweiligen Anpassungsübertrager AÜ einen Innenwiderstand von 200 Ω auf. Auch der Abschlußwiderstand R_A weist einen Wert von 200 Ω auf. Die Vorwiderstände weisen Werte von je 82 Ω auf.

In der Fig. 2 ist ein Frequenzplan der zuvor beschriebenen Krananlage dargestellt. Für jeden Kran sind vier NF-Kanäle notwendig, nämlich zwei NF-Kanäle für die Sprachübertragung und zwei NF-Kanäle für die Übertragung von Steuersignalen. Jeweils zwei NF-Kanäle sind wegen des geforderten Duplexbetriebes erforderlich, das heißt, einer der zwei NF-Kanäle dient der Übertragung von der Zentrale zum Kran und der andere NF-Kanal dient der Übertragung vom Kran zur Zentrale. Zur Übertragung der je zwei NF-Kanälen in jeder Richtung sind zwei TFH-Geräte vorgesehen, die als Zweifachgeräte ausgebildet sind. Eines der beiden TFH-Geräte befindet sich auf dem jeweiligen Kran. Das jeweilige andere Gerät, auch Gegengerät genannt, befindet sich in der Zentrale Z. Die Zuordnung der TF-Geräte ist in folgender Tabelle angegeben:

Kran
Zentrale
TFH₁
TFH₀₁
TFH₂	TFH₀₂
TFH₃	TFH₀₃

Es sind also für die ganze Krananlage 12 sich jeweils von 300 Hz bis 3400 Hz erstreckende NF-Kanäle notwendig, die in die trägerfrequente Übertragungslage im Bereich von 60 kHz bis 190 kHz umgesetzt werden müssen. Dieser Bereich ist durch ein 4- kHz-Raster in Bänder mit einer Bandbreite von je 4 kHz aufgeteilt. Die Bänder sind wie in der folgenden Tabelle und in der Fig. 2 angegeben mit den 12 zu übertragenden NF- Kanälen belegt:

In der Fig. 2 ist ferner die Zuordnung der NF-Kanäle zu den einzelnen Kränen angegeben. Diese Zuordnung ist so getroffen, daß der dem Anfang A der Schleifleitung zugewandte Kran PK₁ die Signalschwingungen mit den niedrigsten Frequenzen aus dem Bereich von 60 kHz bis 190 kHz zugeordnet wurden. Je weiter der jeweilige Kran PK₂ bzw. PK₃ vom Anfang abgewandt ist, um so höher ist die Frequenz der Signalschwingungen.

Wenn zwei Krananlagen benachbart betrieben werden, so sind dadurch, daß jede Krananlage ein eigenes Schleifleitungssystem aufweist, die Übertragungswege für die trägerfrequente Signalschwingungen schon weitgehend von einander entkoppelt. Eine noch bessere Entkopplung erreicht man, wenn man die NF- Kanäle in verschiedene Bänder des schon erwähnten 4-kHz- Rasters umsetzt. Um außerdem bei beiden Krananlagen für die dem Anfang der Schleifleitung zugewandten Kränen die niedrigsten Frequenzen zur Verfügung zu haben, sind die NF- Kanäle der zwei Krananlagen untereinander verkämmt innerhalb des Bereiches der trägerfrequenten Übertragungslage angeordnet. Oder anders ausgedrückt, zwischen den mit NF- Kanälen belegten Bändern werden Bänder freigehalten, in die die NF-Kanäle der benachbarten Krananlagen gelegt werden. Dieser Sachverhalt ist in der folgenden Tabelle und in der Fig. 3 wiedergegeben.

Claims (3)

1. Nachrichtenübertragungsanlage für eine Krananlage, bei der ein Kran (PK₁, Fig. 1a) auf einer Kranbahn fahrbar angeordnet ist, mit folgenden Merkmalen:

• a) Zur Nachrichtenübertragung sind auf dem Kran (PK₁) und im ortsfesten Anlagenteil (Z) TFH-Geräte (TFH₀₁ bzw. TFH₁) vorgesehen.
• b) Die TFH-Geräte sind zur gleichzeitigen Übertragung von Sprache und Steuersignalen in beiden Richtungen ausgebildet.
• c) Die Nachrichtenübertragungsanlage weist ein Schleifleitungssystem (SL₁, SL₂) auf, das nur zur Übertragung der Nachrichtensignale und zur Energieversorgung des TFH- Gerätes auf dem Kran dient.
• d) Das TFH-Gerät (TFH₀₁) im ortsfesten Anlagenteil (Z) ist über einen Vorwiderstand (R_V im AK₀) an den Anfang (A) des Schleifleitungssystems angeschlossen.
• e) Am Ende (E; Fig. 1b) des Schleifleitungssystems ist ein Abschlußwiderstand (R_A) angeschlossen, dessen Wert gleich dem 0,85- bis 1,15fachen des Wellenwiderstandes des Schleifleitungssystems beträgt.
• f) Das auf dem Kran (PK₁, Fig. 1a) befindliche TFH-Gerät (TFH₁) ist über Schleifkontakte (SK₁₁ SK₁₂) und einem weiteren Vorwiderstand (R_V in AK₁) an das Schleifleitungssystem angeschlossen.
• g) Der Wert eines jeden Vorwiderstandes (R_V) beträgt das 0,35- bis 0,5fache des Wellenwiderstandes des Schleifleitungssystems.
• h) Jedes TFH-Gerät (TFH₀₁, TFH₁) ist so ausgebildet, daß sein Innenwiderstand das 0,85- bis 1,15fache des Wellenwiderstandes des Schleifleitungssystems beträgt.

2. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:

• a) Es ist auf jedem Kran (PK₁, Pk₂, PK₃, Fig. 1a, 1b) ein eigenes TFH-Gerät (TFH₁, TFH₂, TFH₃) vorgesehen.
• b) Im ortsfesten Anlagenteil (Z) ist für jedes der auf den Kränen befindliche TFH-Gerät ein eigenes Gegengerät (TFH₀₁, TFH₀₂, TFH₀₃) vorgesehen.
• c) Je weiter der jeweilige Kran (PK₁, PK₂, PK₃) vom Anfang (A) des Schleifleitungssystem abgewandt ist, umso höher sind die dem jeweiligen Kran zugeordneten Frequenzen der Signalschwingungen aus dem Bereich der trägerfrequenten Übertragungslage.

3. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 2 mit folgenden Merkmalen:

• a) Der Frequenzbereich der trägerfrequenten Übertragungslage ist in Bänder unterteilt.
• b) Zwischen den mit NF-Kanälen belegten Bändern sind Bänder freigehalten.