DE4413690A1 - Regelbare Spannungsversorgung für einen Ozonisator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine regelbare Spannungs­ versorgung für einen Ozonisator, der über einen Zwischen­ kreisumrichter mit nachgeschaltetem Hochspannungstrans­ formator mit Energie versorgt wird. Hierbei weist der Zwischenkreisumrichter eingangsseitig einen netzgespeisten Gleichrichter und ausgangsseitig einen Wechselrichter auf.

Derartige Schaltungen sind beispielsweise aus der DE-OS 30 27 112 bekannt.

Ähnliche Anordnungen sind auch aus der US-PS 41 28 768 und der DE-OS 22 12 484 A1 bekannt. Die dort beschriebenen Schaltungen sind insofern noch nicht ganz optimal, als nicht nur der Wechselrichter, sondern auch zumindest ein Stromsteller, gegebenenfalls auch weitere Schutzelemente, wie beispielsweise ein Kurzschließer, anzusteuern sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Energie­ versorgung für einen Ozonisator anzugeben, die möglichst einfach und sicher ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Zwischenkreisumrich­ ter ausgangsseitig einen als Stromsteller ausgebildeten Wech­ selrichter aufweist. Dadurch ist es möglich, daß der Wechsel­ richter auch den im Zwischenkreis fließenden Strom steuert. Ein separater Stromsteller kann damit ebenso entfallen, ebenso eine Freilaufdiode, eine im Zwischenkreis angeordnete Drosselspule sowie weitere Elemente. Einzig und allein ein Zwischenkreiskondensator wird noch benötigt.

Wenn der Wechselrichter aus zwei Brückenzweigen mit je einem plusseitigen und einem minusseitigen schaltbaren Halbleiter­ ventil besteht, wobei der Hochspannungstransformator das plusseitige Halbleiterventil eines der Brückenzweige mit dem minusseitigen Halbleiterventil des anderen Brückenzweiges verbindet, kann der im Zwischenkreis fließende Strom durch das Ansteuern des plusseitigen Halbleiterventils des einen Brückenzweiges und des minusseitigen Halbleiterventils das anderen Brückenzweiges gesteuert werden.

Die in den Halbleiterventilen auftretenden Verluste können dadurch minimiert werden, daß zum Steuern des Stromes nur eines der Halbleiterventile zeitweise gesperrt wird.

Wenn abwechselnd nur das eine und nur das andere der Halblei­ terventile gesperrt wird, werden die auftretenden Verluste gleichmäßig auf beide Halbleiterventile verteilt.

Wenn der Wechselrichter zum Steuern des Stromes mit einer Frequenz getaktet wird, die mindestens zehnmal so hoch ist wie die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters, typisch 50 bis 100 mal so hoch, werden Sättigungserscheinungen aufgrund von Schaltungssyinmetrien im Hochspannungstransformator vermieden. Darüber hinaus beeinflussen sich in diesem Fall die Strom­ stellerfunktion des Wechselrichters und die Wechselrichter­ funktion praktisch nicht mehr.

Wenn bei einem Durchschlag im Ozonisator alle Halbleiter­ ventile gesperrt werden, wird der im Hochspannungstrans­ formator fließende Strom schnellstmöglich abgebaut.

Wenn der Wechselrichter spannungsgesteuerte Halbleiterven­ tile, z. B. insulated-gate-Bipolartransistoren, aufweist, kann der Wechselrichter mit einer sehr geringen Steuerleistung angesteuert werden.

Wenn der Gleichrichter zumindest teilweise als gesteuerter Gleichrichter ausgebildet ist, können aufwendige Vorlade­ schaltungen und Schütze entfallen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Führungssystem für einen Ozonisator zur Verfügung zu stellen, das eine sichere und dennoch für den Benutzer komfortable Führung der regelbaren Spannungsquelle von der Bedien- und Beobachtungseinheit aus ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Steuereinheit die Führung der Kommunikation zwischen der Steuereinheit und der Bedien- und Beobachtungseinheit dadurch überniinrnt, daß bei jeder Kommunikation die Bedien- und Beobachtungseinheit auf Signale der Steuereinheit wartet.

Durch diese Signale, normalerweise Quittierungssignale (sogenannte Handshakes), wird die Steuereinheit, die sich vorrangig um die Steuerung der Stromversorgungseinrichtung kümmern muß, nur dann mit Kommunikationsaufgaben belastet, wenn sie nicht zu sehr mit Steuerungsaufgaben belastet ist.

Vorzugsweise erfolgt die Datenübertragung von der Steuer­ einheit zur Bedien- und Beobachtungseinheit blockweise, während umgekehrt die Datenübertragung von der Bedien- und Beobachtungseinheit zur Steuereinheit byteweise erfolgt. Dadurch wird bei der Datenübertragung zur Bedien- und Beobachtungseinheit eine möglichst schnelle Datenübertragung erzielt, während umgekehrt bei der Datenübertragung zur Steuereinheit die nur kurzfristige Unterbrechung bei der Steuerung der Stromversorgungseinrichtung zu Koinrnunikations­ zwecken tolerierbar bleibt.

Weiterhin wird eine Verbesserung dadurch erreicht,

• - daß die Bedien- und Beobachtungseinheit in größerem räumlichen Abstand von der Steuereinheit angeordnet ist und
• - daß die Steuereinheit und die Bedien- und Beobachtungs­ einheit galvanisch voneinander getrennt sind.

Dadurch ist gesichert, daß die Bedien- und Beobachtungs-ein­ heit an einem für den Benutzer günstigen Ort angeordnet sein kann und trotzdem bei Durchschlägen, die erhebliche elektro­ magnetische Interferenzen verursachen können, ein sicherer Betrieb der Kornrnunikationseinrichtungen zwischen Steuerein­ heit und Bedien- und Beobachtungseinheit gewährleistet ist.

Wenn die Steuereinheit und die Bedien- und Beobach­ tungseinheit über Lichtwellenleiter miteinander verbunden sind, stören Durchschläge auch die Kommunikation nur in sehr geringem Maße. Überraschenderweise sind Ijichtwellenleiter nämlich zur Datenübertragung im rauhen Industriebetrieb geeignet, weil sie bei entsprechender Ummantelung den zufälligen mechanischen Beanspruchungen des rauhen Industrie­ betriebs gewachsen sind.

Wenn die Steuereinheit elektrisch lösch- und überschreibbare Festwertspeicher zur Speicherung des Steuerprogramms auf­ weist, sind von der Bedien- und Beobachtungseinheit aus nicht nur Steuerparameter für die Steuereinheit vorgebbar, sondern es kann auch das Steuerprogramm selbst von der Bedien- und Beobachtungseinheit aus geändert werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Auswertungs­ system für einen Ozonisator, der über einen Hochspannungs­ transformator mit Energie versorgt wird. Das System weist folgende Merkmale auf:

• a) eine Meßwerterfassungseinrichtung ist zusammen mit dem Hochspannungstrans formator in einem Transformatorschrank an­ geordnet,
• b) vom Steuerschrank zum Transformatorschrank verlaufen Energieversorgungsleitungen, über die zumindest eine der Meß­ werterfassungseinrichtung nachgeschaltete Umsetzeinrichtung mit Energie versorgt wird,
• c) vom Transformatorschrank zum Steuerschrank verlaufen Datenleitungen, über die die von der Meßwerterfassungs­ einrichtung erfaßten Meßwerte, z. B. die Spannung und der Strom, über die Umsetzeinrichtung, an die Meßwertverarbei­ tungseinrichtung übertragen werden,
• d) die Energieversorgungsleitungen und die Datenleitungen sind in den Schränken an Energieversorgungsanschlüsse bzw. an Datenanschlüsse angeschlossen.

Ein Problem der bekannten Auswertungssysteme besteht darin, daß es beim Anschließen der Leitungen an die Anschlüsse zu Fehlverdrahtungen kommen kann. Bei einer Fehlverdrahtung kann die Netzspannung von 220 Volt versehentlich an die Signalausgänge der Meßwerterfassungseinrichtung angeschlossen werden. In diesem Fall wird die teuere, weil in ihrem Eingang hochspannungsfeste, Meßwerterfassungseinrichtung, die das er­ faßte Hochspannungssignal in ein Kleinsignal umwandelt, zer­ stört. Dies führt zu erheblichen Kosten.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht folg­ lich darin, ein Auswertungssystem zur Verfügung zu stellen, bei dem Verdrahtungsfehler unmöglich sind. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Leitungen und die Abschlüsse derart ausgestaltet sind, daß die Energieversorgungsleitungen bzw. die Datenleitungen nur an die Energieversorgungsanschlüsse bzw. nur an die Datenanschlüsse ankoppelbar sind.

Bisher wurden in derartigen Auswertungssystemen im Steuer­ schrank Analog-Anzeigen verwendet, die die vom Transformator­ schrank übertragenen Signale analog anzeigten. Eine weiter­ gehende Verarbeitung der Meßwerte fand nicht statt. Bei der vorliegenden Erfindung dagegen wird eine intelligente Meß­ wertverarbeitungseinrichtung im Steuerschrank angeordnet. Dies wird ebenfalls dadurch ermöglicht, daß Fehlverdrahtungen, welche die Meßwertverarbeitungseinrichtung zerstören könnten, nunmehr ausgeschlossen sind.

Wenn die Umsetzeinrichtung als Analog-Frequenz-Umsetzeinrich­ tung ausgebildet ist, ist die Datenübertragung besonders zuverlässig und störungssicher.

Wenn die Leitungen vorkonfektionierte Stecker aufweisen, ist es auf besonders einfache Weise unmöglich gemacht, Fehl­ verdrahtungen vorzunehmen. Die Stecker können z. B. aus einem Schukostecker für die Energieversorgung und aus einem Sub-D- Stecker oder einem BNC-Stecker für die Datenleitung bestehen. Es besteht prinzipiell aber auch die Möglichkeit, daß ein gemeinsamer Stecker verwendet wird, der z. B. aufgrund seiner Symmetrieeigenschaften nur in einer Lage steckbar ist.

Wenn die Datenleitungen und die Energieversorgungsleitungen unvertauschbar ausgebildet sind, können die Leitungen auch ohne Stecker nicht miteinander verwechselt werden. Die Daten­ leitungen können beispielsweise als Flachbandkabel oder als Koaxialkabel ausgebildet sein, während für die Energiever­ sorgung ein konventionelles Kupferkabel verwendet wird.

Uberraschenderweise sind auch Lichtwellenleiter als Daten­ leitungen verwendbar. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß entgegen den Erwartungen der Fachwelt Lichtwellenleiter den mechanischen Belastungen im rauhen Industriebetrieb durchaus gewachsen sind, wenn sie entsprechend ummantelt sind. Wenn die Datenleitungen als Lichtwellenleiter ausgebildet sind, ist eine galvanische Entkopplung und damit eine Poten­ tialtrennung zwischen Steuerschrank und Transformatorschrank gegeben. Dadurch kann es nicht geschehen, daß durch einen Potentialsprung, wie er beispielsweise bei einem Durchschlag auftritt, die Meßwerterfassungseinrichtung zerstört wird. Es ergibt sich also eine höhere Betriebssicherheit.

Die Datenleitungen und die Energieversorgungsleitungen sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Kabel geführt. Durch die Führung der Lichtwellenleiter in einem stabilen, gemeinsamen Kabel wird die mechanische Belastung der Lichtwellenleiter entscheidend reduziert. Es ist also gewährleistet, daß die Datenleitungen nicht abrupt unterbrochen werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Steuerung für einen Ozonisator, bei der eintretende Ereignisse, z. B. Durch­ schläge, ausgewertet werden und aufgrund der Auswertungs­ ergebnisse neue, optimierte Steuerungsparameter, z. B. eine Frequenz oder ein Strom, für den Ozonisator ermittelt und der Elektroversorgung vorgegeben werden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuerung zur Verfügung zu stellen, die sich selbst optimiert und überwacht. Die subjektive Optimierung soll also durch eine objektive ersetzt werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Steuerung die eintretenden Ereignisse aufgrund von Erfahrungswerten selbst automatisch auswertet und dann aufgrund der Auswertungs­ ergebnisse neue, optimierte Steuerungsparameter für den Ozonisator ermittelt und vorgibt.

Die Auswertung der Ereignisse kann beispielsweise mittels auf den Erfahrungswerten basierender Auswertungsregeln erfolgen.

Eine besonders gute Nachbildung der menschlichen, unscharfen Logik ergibt sich, wenn eintretenden Ereignissen durch die Auswertungsregeln ereignisspezifische Kenndaten zugeordnet werden.

Vorzugsweise wird dabei die Zuordnung zu den Ereignissen gewichtet, wobei die Summe der Gewichtungen stets den Wert 1 ergibt. Weiterhin wird vorteilhafterweise ein eintretendes Ereignis höchstens zwei Ereignisarten gleichzeitig zuge­ ordnet.

Um die Auswirkungen einzelner "Ausreißer" bei den Ereignissen möglichst gering zu halten, erfolgt die Optimierung der Span­ nungsparameter vorzugsweise aufgrund einer statistischen Auswertung des eintretenden Ereignisses und vorausgegangener Ereignisse. Es ist prinzipiell aber auch möglich, mit einem kontinuierlich wirkenden Vergeßlichkeitsfaktor zu arbeiten.

Die Selbstoptimierung ist besonders einfach, wenn bei der Optimierung der Steuerungsparameter zuerst die Frequenz und erst dann der Strom optimiert wird.

Wenn die Steuerung eine als neuronales Netz ausgebildete Optimierungseinheit aufweist, zeigt die Steuerung Selbstlern­ verhalten. Dadurch ist es möglich, nicht nur die Steuerungs­ parameter, sondern auch die Auswertungsregeln selbst zu opti­ mieren.

Wenn der Steuerung ein in einer Leitwarte angeordnet es An­ zeigegerät, z. B. ein Monitor, zugeordnet ist, können mittels des Anzeigegerätes, Prozeßzustände, Prozeßdaten und/oder die Steuerungsparameter dargestellt werden. Dadurch ist es möglich, den Ozonisator zu überwachen und ggf. korrigierend einzugreifen. Weiterhin ist es möglich, der Steuerung ver­ suchsweise manuell neue Parameter vorzugeben und deren Auswirkung zu beobachten. Dadurch kann die Steuerung noch weiter optimiert werden als die selbstoptimierende Steuerung dies selbst kann.

Wenn die Steuerung zumindest teilweise in einem eigen­ ständigen Teilsystem eines vernetzten Automatisierungssystems einer technischen Anlage implementiert ist, die selbst­ optimierende Steuerung also als eigenständiges Teilsystem des Automatisierungssystems verwendet wird, beeinflussen sich die selbstoptimierende Steuerung und der Rest des vernetzten Automatisierungssystems so wenig wie möglich. Weitere Vor­ teile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den weiteren Ansprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Zwischenkreisumrichter,

Fig. 2 einen typischen Stromverlaufim Transforinator und

Fig. 3 bis 6 die Ansteuerung der Halbleiterventile,

Fig. 7, 8 Blockschaltbilder von Führungssystemen,

Fig. 9, 10 Meßwertausweitung und Lichtwellenkabel,

Fig. 11 ein Blockdiagraimn des Aufbaus einer Ozonisatorstrom­ versorgung und

Fig. 12 eine Kennlinie.

Gemäß Fig. 1 besteht der Zwischenkreisumrichter aus dem Gleichrichter, dem Zwischenkreiskondensator 2 und dem Wech­ selrichter 3.

Der Gleichrichter 1 weist in jedem seiner Brückenzweige eine Diode 4 und einen Thyristor 5 auf, ist also ein halb­ gesteuerter Gleichrichter. Jeder der Brückenzweige des Gleichrichters 1 ist über eine Droselspule 6 an eine der drei Phasen L1, L2 und L3 eines Drehstomnetzes angeschlossen. Der Anschluß an das Drehstromnetz kann ohne Vorwiderstände und ohne Schütze erfolgen, weil wegen der Steuerbarkeit des Gleichrichters 1 Überströme beim Anfahren des Zwischen­ kreisumrichters vermieden werden können. Nach dem Anfahren bleiben die Thyristoren durchgeschaltet; der Gleichrichter 1 wirkt also während des Betriebs wie ein ungesteuerter Gleichrichter.

Der Zwischenkreiskondensator 2 kann relativ klein dimensio­ niert werden. Er muß nämlich die Netzwelligkeit nicht aus­ regulieren, sondern nur kurzfristig den Strombedarf des Wechselrichters 3 decken. Weiterhin muß der Zwischenkreis­ kondensator 2 in der Lage sein, bei einem Durchschlag im Ozonisator sowie beim Umschalten des Wechselrichters 3 kurz­ zeitig den durch die Primärwicklung 7 des Hochspannungs­ transformators fließenden Strom Ip aufzunehmen.

Der Wechselrichter 3 besteht im wesentlichen aus zwei Brückenzweigen I, II mit je einem plusseitigen schaltbaren Transistor (Halbleiterventil) T1 bzw. T3 und je einem minus­ seitigen schaltbaren Transistor (Halbleiterventil) T2 bzw. T4. Jedem der vier Transistoren T1 bis T4 ist eine Diode D1 bis D4 parallel gegengeschaltet. Die Transistoren T1 bis T4 sind im vorliegenden Fall spannungsgesteuerte insulated-gate- Bipolartransistoren, die Ströme bis zu einigen kA führen können. Prinzipiell könnten jedoch auch andere Halbleiter­ ventile, z. B. GTOs oder npn-Transistoren verwendet werden.

Die Primärwicklung 7 des hier im übrigen nicht dargestellten Hochspannungstransformators ist derart an den Wechselrichter 3 angeschlossen, daß der Ausgang des Transistors T1 über die Primärwicklung 7 mit dem Eingang des Transistors T4 verbunden ist und damit logischerweise auch der Ausgang des Transistors T3 über die Primärwicklung 7 mit dem Eingang des Transistors T2 verbunden ist.

Der Wechselrichter 3 nimmt bei der Schaltung gemäß Fig. 1 zwei Funktionen wahr, nämlich außer seiner eigentlichen Wech­ selrichterfunktion auch die Stromstellerfunktion. Das Wech­ selrichten geschieht dadurch, daß während einer Halbperiode die Transistoren T1 und T4 angesteuert werden, während gleichzeitig die Transistoren T2 und T3 gesperrt sind. Während der anderen Halbperiode werden die Transistoren T1 und T4 gesperrt, während die Transistoren T2 und T3 angesteuert werden. Das Stromstellen geschieht dadurch, daß während der jeweiligen Halbperioden die angesteuerten Tran­ sistoren T1 und T4 bzw. T2 und T3 nicht einfach durchgeschaltet werden, sondern zeitweise gesperrt werden. Vorzugsweise wird dabei nur einer der Transistoren, z. B. der Transistor T1, gesperrt, während der andere angesteuerte Transistor, z. B. der Transistor T4, durchgeschaltet bleibt.

Es ergibt sich damit ein Stromverlauf in der Primärwicklung 7 wie in Fig. 2 dargestellt. Die Fig. 3 bis 6 zeigen die dazugehörigen Schaltzustände der Transistoren T1 bis T4. Die Wechselrichtertaktung erfolgt typisch im Bereich t1 = 2 . . .20 ms, was einer Frequenz von 50 . . . 500 Hz entspricht. Die Stromregelung, mit der der im Zwischenkreis fließende Strom beeinflußt wird, erfolgt typisch erheblich öfter als das Umschalten des Wechselrichters 3. Die Stromregelung erfolgt üblicherweise im Bereich t2 = 50 . . . 100 µs, was einer Frequenz von 10 . . . 20 kHz entspricht. Sättigungserscheinungen im Hochspannungstransformator werden dabei vermieden, wenn die Stromstellerfrequenz erheblich größer ist als die Wechselrichterfrequenz im, Regelfall mindestens 10 mal so groß ist wie die Wechselrichterfrequenz f1, typisch 20 bis 100 mal so groß. Die Stromstellerfunktion kann sowohl in Form einer Zweipunktregelung als auch in Form einer Pulswei­ tenmodulation erfolgen. Ebenso kann die Stromstellerfunktion sowohl bei jedem Wechselrichtertakt einem bestimmten Tran­ sistor zugeordnet sein (wie im linken Teil der Fig. 3 bis 6 dargestellt) oder auch während eines Wechselrichtertaktes z. B. zwischen den Transistoren T1 und T4 wechseln (wie im rechten Teil der Fig. 3 bis 6 dargestellt).

Wie aus den Fig. 2 bis 6 ersichtlich ist, wird für die Strom­ stellerfunktion jeweils nur einer der Transistoren T1 bis T4 gesperrt, wobei ebenfalls ersichtlich ist, daß jeder der Transistoren T1 bis T4 zeitweise die Funktion des Strom­ stellers wahrnimmt. Daß nur einer der Transistoren T1 bis T4 gesperrt wird, verringert die im Wechselrichter 3 auf­ tretenden Verluste. Dadurch, daß jeder der Transistoren T1 bis T4 zeitweise die Funktion des Stromstellers wahrnimmt, werden die auftretenden Verluste gleichmäßig auf alle Tran­ sistoren T1 bis T4 verteilt.

Wenn beispielsweise der Stromfluß über die Transistoren T1 und T4 erfolgen sollte und der Transistor T1 als augen­ blicklicher Stromsteller gesperrt wird, sinkt der im Zwischenkreis fließende Strom sofort auf Null ab. Dagegen kann der Primärstrom Ip wegen der Streuinduktivität des Hoch­ spannungstransformators nicht abrupt auf Null absinken. In diesem Fall wird ein Stromfluß über den Transistor T4 und die Diode D2 aufrecht erhalten. Der durch die Primärwicklung 7 fließende Strom Ip wird nur durch die an den Hochspan­ nungstransformator angeschlossene Last und die an den Halb­ leitern T4 und T2 anfallenden Durchlaßspannungen (die zusam­ men in der Größenordnung von ca. 2 Volt liegen) abgebaut.

Aufgrund der Anordnung der Stromschienen und des zeitopti­ mierten Ansteuerverhaltens kann auf eine übliche Beschaltung gegen Schaltüberspannungen verzichtet werden.

Bei einem Durchschlag dagegen werden alle Transistoren T1 bis T4 gesperrt. Wenn vor dem Durchschlag der Strom Ip durch die Transistoren T1 und T4 floß, wird nunmehr der Strom Ip über die Dioden D2 und D3 auf den Zwischenkreiskondensator 2 geführt. In diesem Fall muß allerdings zusätzlich die am Zwischenkreiskondensator 2 anliegende Zwischenkreisspannung U überwunden werden, die ca. 500 Volt beträgt. Es ergibt sich folglich ein erheblich schnellerer Stromabfall als wenn nur einer der Transistoren T1 bzw. T4 gesperrt worden wäre.

Analoge Verhältnisse gelten bei einem Umschalten des Wech­ selrichters 3, wenn statt der Transistoren T1 und T4 die Transistoren T2 und T3 leitend geschaltet werden.

Als Ergebnis der Erfindung ergibt sich ein Zwischenkreis­ umrichter, der auf seine absolut notwendigen Elemente redu­ ziert ist, nämlich auf den Gleichrichter 1, den Wechsel­ richter 3 sowie den Zwischenkreiskondensator 2. Auch die An­ steuerung des Zwischenkreisumrichters ist einfacher als zu­ vor, da nur noch die vier Transistoren T1 bis T4 angesteuert werden müssen, aber keine zusätzlichen Elemente, wie separate Stromsteller, Kurzschließer etc.

Gemäß Fig. 7 ist die Steuereinheit 31 im Steuerschrank 32 angeordnet. Im Steuerschrank 32 ist dabei in der Regel auch die hier nicht näher dargestellte Stromversorgungseinrichtung 1, 2, 3, d. h., die primärseitige Leistungselektronik (Fig. 1), angeordnet, die von der Steuereinheit 31 geführt wird. Die Stromversorgungseinrichtung versorgt einen schematisch dargestellten Ozonisator 0 mit elektrischer Energie. Zur Vor­ gabe übergeordneter Steuerparameter sowie zur allgemeinen Führung der Anlage (Kennlinienaufnahme, Zu-/Abschalten des Ozonisators, . . . ) ist die Steuereinheit 31 mit der Bedien- und Beobachtungseinheit 33 (im folgenden kurz BuB-Einheit genannt) verbunden. Die BuB-Einheit 33 ist typisch ein Personal Computer, z. B. ein Industrie-PC. Die BuB-Einheit 33 ist typisch in der Leitwarte einer nichtdargestellten Anlage angeordnet, kann prinzipiell aber auch an anderer Stelle angeordnet sein.

Die Kommunikation zwischen Steuereinheit 31 und BuB-Einheit 33 erfolgt typisch über eine serielle Schnittstelle, z. B. eine RS 232. Im vorliegenden Fall ist die RS 232 Schnitt­ stelle der Steuereinheit 31 mit der Umsetzeinheit 34 und die RS 232-Schnittstelle mit der BuB-Einheit 33 mit der Um­ setzeinheit 35 verbunden. Die Umsetzeinheiten 34, 35 sind über den Lichtwellenleiter 36 miteinander verbunden. Der Lichtwellenleiter 36 kann ein Kunststoff-LWL sein oder aber ein Glasfaser-LWL, je nach zu überbrückender Entfernung. Die Datenübertragung über den Lichtwellenleiter 36 erfolgt im Vollduplexbetrieb mit der relativ hohen Datenrate von 38400 Baud.

Mit der vorliegenden Erfindung werden Ozonisatoren also in die Gesamtführung technischer Prozesse einbezogen. Von diesem Einbeziehen wurde bisher Abstand genommen, da eine Ein­ beziehung nicht nötig erschien (die Ozonherstellung war ein in sich geschlossener, selbständiger Prozeß) und man Probleme mit der Datenübertragung aufgrund von elektromagnetischen Interferenzen und Potentialsprüngen bei Durchschlägen be­ fürchtete. Vom Einsatz von Lichtwellenleitern ist man eben­ falls zurückgeschreckt, weil man glaubte, daß Lichtwellen­ leiter dem Einsatz im rauhen Industriebetrieb nicht gewachsen wären, insbesondere nicht den mechanischen Belastungen (knicken, überfahren, . . . ).

Überraschenderweise sind Lichtwellenleiter aber bei ent­ sprechender Ummantelung den rauhen Bedingungen im Industrie­ betrieb durchaus gewachsen. Durch die Verwendung von Licht­ wellenleitern ergibt sich nicht nur automatisch eine gal­ vanische Trennung der Umsetzeinheiten 34, 35, sondern auch eine gegen elektromagnetische Störungen sehr robuste und wenig störanfällige Signalübertragung. Es wird also die Gefahr vermieden, daß bei Durchschlägen aufgrund der dann auftretenden Potentialsprünge die Umsetzeinheiten 34, 35 zerstört werden. Weiterhin wird auch die Gefahr vermieden, daß beim Abschalten der Stromversorgung, z. B. nach einem Durchschlag, die Datenübertragung gestört wird.

Wie eingangs erwähnt, obliegt der Steuereinheit 31 primär die Steuerung der Stromversorgungseinrichtung. Diese Steuerung hat als Prozeßsteuerung selbstverständlich Vorrang vor der Kommunikation mit der BuB-Einheit 33. Die Kommunikation zwischen Steuereinheit 31 und BuB-Einheit 33 erfolgt daher über Telegramme, die auffolgende Art und Weise übermittelt werden:

Wenn Daten von der BuB-Einheit 33 zur Steuereinheit 31 über­ tragen werden sollen, sendet die BuB-Einheit 33 ein Byte an die Steuereinheit 31. Die Steuereinheit 31 empfängt das Byte und sendet ein Quittierungssignal, also einen Handshake, zu­ rück. Die BuB-Einheit 33 sendet das nächste Byte erst dann, wenn sie von der Steuereinheit 31 das Quittierungssignal em­ pfangen hat. Wenn die BuB-Einheit 33 binnen einer vorwähl­ baren Zeitspanne von z. B. 100 ms kein Quittierungssignal em­ pfangen hat, wiederholt sie das Senden des Bytes.

Die Datenübertragung von der BuB-Einheit 33 zur Steuereinheit 31 erfolgt also byteweise, wobei die BuB-Einheit 33 auf Quit­ tierungssignale der Steuereinheit 31 wartet.

Wenn umgekehrt Daten von der Steuereinheit 31 zur BuB-Einheit 33 übertragen werden sollen, wird zunächst in an sich be­ kannter Art und Weise mittels gegenseitiger Handshakes eine Verbindung aufgebaut. Nach dem Aufbauen der Verbindung wartet die BuB-Einheit 33 auf die Daten von der Steuereinheit 31. Die Steuereinheit 31 sendet die zu übertragenden Daten block­ weise zu einem Zeitpunkt, an dem sie gerade nicht mit Steue­ rungsaufgaben belastet ist.

Am Ende des Datenblocks wird eine Checksumme übertragen, mittels deren von der BuB-Einheit 33 Übertragungsfehler fest­ gestellt werden können. Wird kein Übertragungsfehler fest­ gestellt, wird der korrekte Empfang der Daten quittiert, die Daten als gültig übernommen und in der BuBEinheit 33 weiter verarbeitet. Wird ein Übertragungsfehler festgestellt, wird die Wiederholung der Datenübertragung angefordert. Auch dann wartet die BuB-Einheit 33 aber, bis die Steuereinheit 31 erneut den Datenblock überträgt.

Die Datenübertragung von der Steuereinheit 31 zur BuB-Einheit 33 erfolgt also blockweise, wobei auch hier die BuBEinheit 33 auf Signale der Steuereinheit 31 wartet.

Die Datenübertragung erfolgt dabei in einem fehlertoleranten Code, d. h. einem Code, der nicht nur die Detektierung, sondern auch die Korrektur von Übertragungsfehlern zuläßt. Die einzelnen übertragenen Zeichen besitzen also z. B. einen Hamming-Abstand von 4, so daß 1-Bit-Fehler korrigiert und 2- Bit-Fehler erkannt werden können.

Darüber hinaus werden zumindest die von der BuB-Einheit 33 zur Steuereinheit 31 übertragenen Steuerparameter zunächst in der Steuereinheit 31 zwischengespeichert und auf Plausi­ bilität überprüft, bevor sie von der Steuereinheit 31 als gültig übernommen werden. Der Steuereinheit 31 ist bei­ spielsweise bekannt, daß die Stromversorgungseinrichtung maximal mit einem Strom von 1,5 A betreibbar ist. Wenn die BuB-Einheit 33 der Steuereinheit 31 nun einen Wert von 2 A für den Strom übermittelt, so kann dieser Fehler in der Steuereinheit 31 erkannt werden. Die Steuereinheit 31 kann auf einen solchen Fehler auf zwei Arten reagieren: Sie kann den nächstkommenden zulässigen Strom, hier 1,5 A, ansetzen.

Während des Normalbetriebes der in Fig. 1 beschriebenen Konfiguration überträgt die Steuereinheit 31 zyklisch, z. B. alle 5 sec, die aktuellen Werte von Ozonisatorspannung und Ozonisatorstrom sowie weitere, für den Benutzer relevante Informationen, z. B. über Durchschläge, Kurzschlüsse, Ozon­ menge, Lufttemperatur, die Transforinatorentemperatur oder Bauelementeausfälle, an die BuB-Einheit 33. Dadurch ist in der BuB-Einheit 33 praktisch ständig die aktuelle Information über den Zustand des Ozonisators und seiner Stromversorgungs­ einrichtung vorhanden. Die BuB-Einheit 33 ist dadurch in der Lage, die relevanten Informationen ständig zu protokollieren.

Ab und zu, z. B. automatisch von der BuB-Einheit 33 angestoßen oder manuell von der Bedienungsperson der zu führenden Anlage angestoßen, soll eine Kennlinie aufgenommen werden. Hierzu wird ein entsprechender Befehl nebst zugehörigen Parametern von der BuB-Einheit 33 an die Steuereinheit 31 gesendet. Die Parameter können beispielsweise den Strombereich angeben, innerhalb dessen die Kennlinie aufgenommen werden soll, z. B. von 0,8 bis 1,4 A.

Die Steuereinheit 31 nimmt daraufhin in an sich bekannter Art und Weise eine Kennlinie auf und sendet die gemessenen Daten, wie oben beschrieben, als Block an die Einheit 33. Die Kenn­ linie wird in der BuB-Einheit 33 auf einem grafikfähigen Monitor dargestellt und ausgewertet. Das Ergebnis der Auswer­ tung kann z. B. sein, daß die Steuerparameter der Steuer­ einheit 31 geändert werden müssen. In diesem Fall werden der Steuereinheit 31 von der BuB-Einheit 33 neue Steuerparameter an die Steuereinheit 31, wie oben beschrieben, übertragen.

Im Einzelfall kann sich auch ergeben, daß das Steuerprogramm der Steuereinheit 31 völlig geändert werden muß. Hierzu weist die Steuereinheit 31 elektrisch lösch- und überschreibbare Festwertspeicher auf, in denen das Steuerprogramm abge­ speichert ist. Die Verwendung von elektrisch lösch- und überschreibbaren Festwertspeichern ist dabei möglich, weil überraschenderweise trotz Durchschlägen und elektromag­ netischer Interferenzen die Daten auch in diesen Speichern sicher abgespeichert werden können.

Die Anderung des Steuerprogramms kann z. B. dadurch geschehen, daß zwei EEPROMS vorhanden sind, wobei zur Steuerung des Ozonisators nur auf eines zugegriffen wird. Das zweite EEPROM ist im Prinzip redundant. Zum Andern des SteuerprograInms wird das neue Steuerprogramm in das zweite EEPROM eingeschrieben, auf das zur Zeit nicht zugegriffen wird. Durch Umsetzen eines Flags im ersten EEPROM wird dann ab sofort auf das andere EEPROM zugegriffen. So kann das Steuerprogramm geändert werden, ohne in die laufende Steuerung einzugreifen.

Alternativ zur Verwendung zweier Speicher, von denen nur auf einen zugegriffen wird, ist selbstverständlich auch folgende Vorgehensweise möglich: Zum Andern des Steuerprogramms wird zunächst der Ozonisator heruntergefahren, sodann wird das Steuerprogramm geändert und erst nach abgeschlossener Ände­ rung des Steuerprogramms die Abarbeitung des geänderten Steuerprogramms wieder gestartet.

Anstelle von EEPROMS können selbstverständlich auch andere elektrisch lösch- und überschreibbare Festwertspeicher ver­ wendet werden, z. B. Flash-EPROMS oder gepufferte RAMs.

Fig. 8 zeigt eine zweite mögliche Konfiguration von Steuer­ einheit 31 und BuB-Einheit 33. In diesem Fall ist die BuB- Einheit 33 mit der Steuereinheit 31 nicht fest verbunden, sondern optional verbindbar. Hierzu ist die RS 232-Schnitt­ stelle der BuB-Einheit 33 über ein Modem 37 an das Tele­ fonnetz 38 anschließbar. Die Steuereinheit 31 ist wie zuvor mit ihrer RS 232-Schnittstelle an die Umsetzeinheit 34′ ange­ schlossen. Die Umsetzeinheit 34′ ist mit der Umsetzeinheit 34′′ über den Lichtwellenleiter 36′ verbunden. Die Umsetz­ einheit 34′′ ist mit dem Modem 39 verbunden, das ebenfalls mit dem Telefonnetz 38 verbindbar ist.

Die Modems 37, 39 sind vorzugsweise als integrierte Schalt­ kreise, sogenannte Modem-Chips, ausgebildet. In diesem Fall ist das. Modem 37 direkt in die Steuereinheit 31 integriert. Die Ankopplung über die Umsetzeinheiten 34′, 34′′ und den Lichtwellenleiter 36′ kann entfallen. Das Telefonnetz 38 und die Steuereinheit 31 sind dann galvanisch miteinander verbunden. Aufgrund der galvanischen Verbindung mögliche Probleme werden jedoch vermieden, wenn die Steuereinheit 31 über einen (nicht dargestellten) Übertrager und eine an sich bekannte, ebenfalls nicht dargestellte Schutzbeschaltung mit dem Telefonnetz 38 verbunden ist.

Probleme bei der Datenübertragung, die aufgrund elektromag­ netischer Störungen auftreten können, sind ebenfalls tole­ rierbar. Aufgrund des fehlertoleranten Übertragungsver­ fahrens werden nämlich durch Störungen verursachte Über­ tragungsfehler erkannt. Die Übernahme fehlerhafter Daten wird also vermieden. Schlimmstenfalls verlangsamt sich die Kom­ munikation, weil manche Datenpakete mehrfach übertragen wer­ den müssen, die Kommunikation als solche bleibt aber möglich. Wenn der Anschluß der Steuereinheit 31 an das Telefonnetz 38 über ein abgeschirmtes Kabel erfolgt, ist auch derartigen Störungen der Datenübertragung weitgehend vorgebeugt.

Mit obenstehender Konfiguration ist die Steuereinheit 31 praktisch weltweit mit jedem Rechner verbindbar, der einen Modemanschluß aufweist. Diese Konfiguration ist besonders geeignet, wenn während des Betriebs des Ozonisators unvor­ hergesehene Störungen auftreten. Es können nämlich aus der Ferne Fehlerdiagnose und Fehlerkorrektur durchgeführt werden. Es entfallen also teure Reisekosten von Spezialisten zur Anlage vor Ort. Ebenso ist es natürlich auch möglich, aus der Ferne einen Update des Steuerprogramms der Steuereinheit 31 vorzunehmen. Bei entsprechender Ausgestaltung des Steuerpro­ gramms der Steuereinheit 31 ist es sogar möglich, daß die Steuereinheit 31 sich bei Betriebsstörungen selbständig über die Modem-Verbindung bei einer vorprogrammierten Telefon­ nummer meldet. Die vorprogrammierte Telefonnummer kann z. B. die Nummer des Rechners des Herstellers des Ozonisators sein.

Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals nicht nur die Einbindung der Führung eines Ozonisators in eine Gesamtanlage ermöglicht, sondern auch die Möglichkeit zur Fehlerdiagnose und Fehlerkorrektur aus der Distanz. Weiterhin wird durch die vorliegende Erfindung ermöglicht, eine grafische Bedienober­ fläche für die Steuerung des Ozonisators zu verwenden. Dem Benutzer wird also für die Steuerung des Ozonisators der Komfort geboten, den er von grafikfähigen PCs kennt und ge­ wohnt ist.

Gemäß Fig. 9 ist im Transformatorschrank 41 der Hochspan­ nungstransformator angeordnet. Vom Hochspannungstransformator ist der Übersichtlichkeit halber in Fig. 9 nur die Sekundär­ wicklung 42 dargestellt. Die Ausgangsspannung der Sekundär­ wicklung 42 wird an den nicht dargestellten Ozonisator angelegt. Ein Ausgang ist über den Reihenwiderstand 43 mit Erde verbunden. Der andere Ausgang ist über die Neben­ widerstände 45, 46 ebenfalls mit Erde verbunden. Die über die Leitungen 47, 48 abgegriffenen Signale sind proportional zum Ozonisatorstrom und zur Ozonisatorspannung.

Die Leitungen 47, 48 werden der Umsetzeinrichtung 49 zuge­ führt. Die Umsetzeinrichtung 49 weist intern einen span­ nungsgesteuerten Oszillator (VCO) auf, der die eingespeisten Analog-Kleinsignale in Frequenzsignale umsetzt. Mit diesen Frequenzsignalen werden dann zwei nicht dargestellte Leucht­ dioden angesteuert. Die Leuchtsignale werden in die Licht­ wellenleiter 410 eingespeist, die im Kabel 411 zum Steuer­ schrank 32 geführt werden.

Im Steuerschrank 32 ist eine Recheneinheit 413 angeordnet. Die Recheneinheit 413 weist u. a. einen Demodulator 414 auf, der die Lichtsignale der Leitungen 410 empfängt und in Digital-Signale umsetzt. Die so im Rechner 413 zur Verfügung stehenden Digitalwerte für Strom und Spannung können dann im Rechner 413 weiterverarbeitet werden, z. B. zur Steuerung der Stromversorgungseinrichtung 1, 2 des Ozonisators. Der Rechner 413 steuert u. a. eine Anzeige 415 an, mittels derer der Strom und die Spannung angezeigt werden.

Das Kabel 411 ist in den Schränken 32, 41 mittels nicht dargestellter Kabelschellen befestigt. Von dort verlaufen die einzelnen Leitungen zu den Datenanschlüssen 418 und den Energieversorgungsanschlüssen. Die Datenanschlüsse und die Energieversorgungsanschlüsse 419 sind dabei in an sich be­ kannter Weise ausgebildet. Die Datenanschlüsse sind direkt über Stecker auf Leiterplatten geführt. Hier geschieht auch die Umsetzung zwischen Licht und elektrischen Signalen.

Wegen der unterschiedlichen Art der Daten- bzw. Energieüber­ tragung, nämlich im einen Fall Licht, im anderen Fall Strom, sind die Datenleitungen 410 und die Energieversorgungs­ leitungen 417 auf einen Blick unterscheidbar und daher praktisch unverauschbar. Weiterhin wird selbst bei einem fehlerhaften Anschließen der Energieversorgungsleitungen an die Datenanschlußenden bzw. umgekehrt kein Kontakt geschaf­ fen. Die Energieversorgungsleitungen 417 können also nur an die Energieversorgungsanschlüsse angekoppelt werden. Ebenso können die Datenleitungen 410 nur an die Datenanschlußenden angekoppelt werden.

Gemäß Fig. 10 weist das Kabel 411 außer den Datenleitungen 410 und den Energieversorgungsleitungen 417 noch weitere Leitungen 420 auf. Mittels dieser Leitungen 420 werden wei­ tere Informationen vom Transformatorschrank 41 zum Steuer­ schrank 32 übertragen, beispielsweise die Information über die Transformatortemperatur. Die weiteren Leitungen 420 und ihr Anschluß in den Schränken 41 und 32 wurde der Über­ sichtlichkeit halber jedoch in Fig. 9 nicht dargestellt. Aufgrund des Mantels 421 des gemeinsamen Kabels 411 sind insbesondere die Lichtwellenleiter 410 im wesentlichen keinen mechanischen Belastungen ausgesetzt.

Da, wie oben erwähnt, Lichtwellenleiter zur Datenübertragung verwendet werden, müssen die erfaßten Strom- bzw. Spannungs­ signale zwangsweise moduliert werden. Auch dieser Zwang zur Modulation hat wegen der damit verbundenen Kosten bisher von der Verwendung von Lichtwellenleitern zur Signalübertragung abgehalten. Überraschenderweise ist jedoch trotzdem die verwendete Gesamtkombination von Umsetzeinrichtung 49, Licht­ wellenleitern 410 und Umsetzeinrichtung 414 kostengünstiger als bisher bekannte Lösungen.

Wie ebenfalls obenstehend erwähnt, werden die erfaßten Werte in Frequenzsignale umgesetzt. Die Frequenz, mit der die Leuchtdioden moduliert werden, ist stets von Null ver­ schieden. Wenn das vom Demodulator 414 empfangene Signal also nicht mehr moduliert ist, sondern gleichförmig, kann diese Information zur Erkennung eines Lichtwellenleiterbruchs bzw. einer sonstigen Fehlfunktion verwendet werden.

Gemäß Fig. 11 besteht die Stromversorgungseinrichtung eines Ozonisators aus einem Leistungsteil 51. Der Leistungsteil 51 ist beispielsweise gemäß Fig. 1 aufgebaut.

Der Leistungsteil 51 wird über eine Steuereinrichtung 52 angesteuert, die den Leistungsteil 51 aufgrund der Vorgaben der weiteren Steuerungsebenen ansteuert.

Die Steuereinrichtung 52 erhält ihre Sollwerte von der Überwachungseinheit 53. Die Sollwerte sind beispielsweise der Strom-Sollwert I* für den Strom und ein Freigabesignal 56. Umgekehrt meldet die Steuereinrichtung 52 an die Überwa­ chungseinheit 53, wenn sie den Leistungsteil 51 nicht an­ forderungsgerecht ansteuern kann, z. B. weil ein Drahtbruch aufgetreten ist oder weil eines der Halbleiter-Leistungs­ elemente des Leistungsteils 51 defekt ist.

Ferner wird in der Überwachungseinheit 53 laufend die Span­ nung ausgewertet und daraus auf bestimmte Zustände, z. B. Durchschlag, Kurzschluß oder andere Fehler geschlossen. Wei­ terhin wird von der Überwachungseinheit 53 von Zeit zu Zeit, z. B. jede Minute, eine Kennlinie aufgenommen, deren Sinn und Zweck später in Verbindung mit Fig. 12 noch erläutert werden wird.

Die Überwachungseinheit 53 erhält Daten sowohl von der Opti­ mierungseinheit 54 als auch von der Benutzerschnittstelle 55. Von der Benutzerschnittstelle 55 werden der Überwachungs­ einheit 53 beispielsweise die Betriebsart (Pulsbetrieb, Gleichspannungsbetrieb, gemischter Betrieb usw.) sowie der Zeitabstand vorgegeben, in dem immer wieder eine Kennlinie aufgenommen werden soll.

Die weiteren Parameter werden von der Benutzerschnittstelle 55 zunächst der Optimierungseinheit 54 vorgegeben, die typisch eine Fuzzy-Control-Einheit ist. Die Optimierungs­ einheit 54 gibt der Überwachungseinheit 53 die weiteren Steuerungsparameter vor, welche die Überwachungseinheit 53 zur Ansteuerung der Steuereinrichtung benötigt. Die Steue­ rungsparameter werden später noch bei Fig. 12 näher erläutert werden. An dieser Stelle sei nur erwähnt, daß die Durch­ schläge von der Überwachungseinheit 53 detektiert werden und dementsprechende Meldungen an die Optimierungseinheit 54 übertragen werden. Die Optimierungseinheit 54 wertet diese Meldungen aufgrund von Erfahrungswerten automatisch aus, ermittelt aufgrund der Auswertungsergebnisse neue, optimierte Steuerungsparameter und gibt diese Parameter der Überwa­ chungseinheit 53 vor.

Die ermittelten neuen, optimierten Steuerungsparameter U*, f* und I* werden von der Optimierungseinheit 54 der Über­ wachungseinheit 53 vorgegeben. Die Überwachungseinheit 53 steuert den Ozonisator mit diesen optimierten Steuerungs­ parametern U*, f* und 1*, bis sich das Betriebsverhalten ändert und dadurch eine erneute Korrektur der Steue­ rungsparameter nötig wird. Die Frequenz wird anhand der Ozonausbeute optimiert.

Von Zeit zu Zeit, z. B. jede Minute oder alle 5 Minuten, stößt die Optimierungseinheit 54 die Aufnahme einer Kennlinie durch die Überwachungseinheit 53 an. Die Überwachungseinheit 53 nimmt daraufhin eine Kennlinie des Ozonisators auf, d. h. die Spannung U als Funktion des Stromes I wird bestimmt.

Wenn die Kennlinie im wesentlichen monoton verläuft, so wie in Fig. 12 für die Kurve 1 angedeutet, wird der Überwachungs­ einheit 53 als Sollwert I* für den Strom I der maximale Strom Imax, abzüglich eines Sicherheitsabschlages von z. B. 5%, vorgegeben und die Optimierung des Stromes I erfolgt wie obenstehend beschrieben.

Wenn die Kennlinie dagegen ein Maximum aufweist, so wie in Kurve 2 dargestellt, so wird der Überwachungseinheit 53 als Sollwert I* für den Strom I der Strom vorgegeben, bei dem das Spannungsmaximum Umax erreicht wird. In diesem Fall entfällt die obenstehend beschriebene Optimierung des Stromes.

Abschließend sei erwähnt, daß die Steuereinrichtung 52, die Überwachungseinrichtung 53, die Optimierungseinheit 54 und die Benutzerschnittstelle 55 selbstverständlich auch in Form eines Computerprogramms realisierbar sind, eine Hardwareaus­ gestaltung ist nicht nötig.

Die Optimierungseinheit kann selbstverständlich nicht nur die menschliche, unscharfe Logik nachvollziehen, ist also nicht nur eine Fuzzy-Control-Einheit, sondern kann ebenso auch zu­ sätzlich als neuronales Netz mit Selbstlernverhalten aus­ gebildet sein. Dadurch ist es nicht nur möglich, die Steue­ rungsparameter zu optimieren, sondern auch die Auswer­ tungsregeln selbst. Dieses Selbstlernverhalten ist allgemein als "supervised learning by back propagation" eines neuro­ nalen Netzes bekannt. Die Ausbildung des neuronalen Netzes kann dabei in an sich bekannter Art und Weise erfolgen.

Claims (46)

1. Regelbare Spannungsversorgung für einen Ozonisator, der über einen Zwischenkreisumrichter mit nachgeschaltetem Hoch­ spannungstransformator mit Energie versorgt wird, wobei der Zwischenkreisumrichter eingangsseitig einen netzgespeisten Gleichrichter (1) und ausgangsseitig einen Wechselrichter (3) aufweist und der Wechselrichter (3) den Hochspannungs­ transformator mit Wechselstrom (Ip) variabler Ausgangsfre­ quenz speist und den im Zwischenkreis fließenden Strom steu­ ert.

2. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 1, bei dem der Wechselrichter (3) aus zwei Brückenzweigen (I, II) mit je ei­ nem plusseitigen (T1, T3) und einem minusseitigen (T2, T4) schaltbaren Halbleiterventil besteht, wobei der Hochspan­ nungstransformator das plusseitige Halbleiterventil (T1 bzw. T2) eines der Brückenzweige (I bzw. II) mit dem minusseitigen Halbleiterventil (T4 bzw. T2) des anderen Brückenzweiges (II bzw. I) verbindet und der im Zwischenkreis fließende Strom durch das Ansteuern des plusseitigen Halbleiterventils (T1 bzw. T3) des einen Brückenzweiges (I bzw. II) und des minus­ seitigen Halbleiterventils (T4 bzw. T2) des anderen Brücken­ zweiges (II bzw. I) gesteuert wird.

3. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 2, bei der zum Steuern des Stromes eines der Halbleiterventile (T1 bis T4) zeitweise gesperrt wird.

4. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 3, bei der ab­ wechselnd nur das eine (T1) und nur das andere (T4) der Halb­ leiterventile (T1 bis T4) gesperrt wird.

5. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der obigen An- 5sprüche, bei der der Wechselrichter (3) zum Steuern des Stromes mit einer Frequenz getaktet wird, die mindestens zehnmal so hoch ist wie die Ausgangsfrequenz des Wechselrich­ ters (3), typisch 50 bis 100 mal so hoch.

6. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der obigen An­ sprüche, bei der bei einem Ozonisatordurchschlag alle Halb­ leiterventile (T1 bis T4) gesperrt werden.

7. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem eingangsseitigen netzgespeisten Gleichrichter (1) und einem als Stromsteller ausgebildeten Wechselrichter (3)

8. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 7, bei der der Wechselrichter (3) spannungsgesteuerte Halbleiterventile (T1 bis T4), z. B. insulated-gate-Bipolartransistoren (T1 bis T4) aufweist.

9. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 7 oder 8, bei der der Gleichrichter (1) zumindest teilweise als gesteuerter Gleichrichter (1) ausgebildet ist.

10. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 7, 8 oder 9, bei der der Zwischenkreisumrichter nur aus dem Gleichrichter (1), dem Wechselrichter (3) und einem Zwischenkreiskondensa­ tor (2) besteht.

11. Regelbare Spannungsversorgung, insbesondere nach Anspruch 1, bei der die Stromversorgungseinrichtung für den Kondensa­ tor von einer bei der Stromversorgungseinrichtung angeordne­ ten Steuereinheit (31) gesteuert wird, die Steuereinheit (31) zu ihrer Führung mit einer Bedien- und Beobachtungsein­ heit (33) kommuniziert und die Steuereinheit (31) die Führung der Kommunikation zwischen der Steuereinheit (31) und der Bedien- und Beobachtungseinheit (33) dadurch übernimmt, daß 5bei jeder Kommunikation die Bedien- und Beobachtungseinheit (33) auf Signale der Steuereinheit (31) wartet.

12. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 11, bei der die Datenübertragung von der Steuereinheit (1) zur Bedien- und Beobachtungseinheit (33) blockweise erfolgt.

13. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Datenübertragung von der Bedien- und Beobach­ tungseinheit (33) zur Steuereinheit (31) byteweise erfolgt.

14. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 11, 12 oder 13, bei der die Kommunikation fehlertolerant erfolgt.

15. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der von der Bedien- und Beobachtungseinheit (33) Steuerparameter zur Steuereinheit (31) übertragen werden, die Steuerparameter in der Steuereinheit (31) zwischengespeichert werden, die Steuerparameter in der Steuereinheit (31) einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden und die Steuerparame­ ter nur dann als gültig übernommen werden, wenn die Plausibi­ litätsprüfung erfolgreich verlaufen ist.

16. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der die Steuereinheit (31) zyklisch, z. B. alle 5 sec., Meßwerte, die den Zustand des Ozonisators charakteri­ sieren, an die Bedien- und Beobachtungseinheit (33) überträgt.

17. Regelbare Spannungsversorgung nach den Ansprüchen 11 bis 16, bei der das Steuerprogramm der Steuereinheit (31) von der Bedien- und Beobachtungseinheit (33) veränderbar ist, insbe­ sondere in Abhängigkeit von Ozonisatorzuständen.

18. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei der die Datenübertragung zwischen der Steuerein­ heit (1) und der Bedien- und Beobachtungseinheit (3) seriell erfolgt.

19. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 18, bei der die Datenübertragung im Vollduplexbetrieb erfolgt.

20. Regelbare Steuerungsspannung für einen Ozonisator nach Anspruch 11, wobei der Ozonisator über eine Stromversor­ gungseinrichtung mit Energie versorgt wird, wobei die Strom­ versorgungseinrichtung von einer bei der Stromversorgungs­ einrichtung angeordneten Steuereinheit (31) gesteuert wird, wobei die Steuereinheit (31) zu ihrer Führung mit einer Be­ dien- und Beobachtungseinheit (33) verbindbar ist, die Bedien- und Beobachtungseinheit (33) in größerem räumlichen Abstand von der Steuereinheit (31) angeordnet ist und die Steuereinheit (31) und die Bedien- und Beobachtungseinheit (33) galvanisch voneinander getrennt sind.

21. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 20, bei der die Steuereinheit (1) zur Abarbeitung eines die Kommunikation regelnden Programms ausgebildet ist.

22. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 20 oder 21, bei der die Steuereinheit (31) und die Bedien- und Beobach­ tungseinheit (33) über Lichtwellenleiter (36) miteinander verbunden sind.

23. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 20, bei der die Steuereinheit (1) und die Bedien- und Beobachtungseinheit (33) über serielle Schnittstellen miteinander verbindbar sind.

24. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 23, bei der die seriellen Schnittstellen als Modems (37, 39) ausgebildet sind.

25. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 24, bei der die Modems (37, 39) als integrierte Schaltkreise ausgebildet sind.

26. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, bei der die Steuereinheit (1) elektrisch lösch- und überschreibbare Festwertspeicher zur Speicherung des Steuer­ programms aufweist.

27. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei der die Bedien- und Beobachtungseinheit (33) ein Personal-Computer, vorzugsweise ein Industrie-PC, ist.

28. Regelbare Spannungsversorgung für einen Ozonisator, ins­ besondere nach Anspruch 1, mit folgenden Merkmalen:

• a) eine Meßwerterfassungseinrichtung (43, 45, 46) ist zusam­ men mit dem Hochspannungstransformator (42) in einem Trans­ formatorschrank (41) angeordnet,
• b) eine intelligente Meßwertverarbeitungseinrichtung (413) ist getrennt vom Transformatorschrank (41) in einem Steuer­ schrank (32) angeordnet,
• c) vom Steuerschrank (32) zum Transforrnatorschrank (41) ver­ laufen Energieversorgungsleitungen (417), über die zumindest eine der Meßwerterfassungseinrichtung (43, 45, 46) nachge­ schaltete Umsetzeinrichtung (49) mit Energie versorgt wird,
• d) vom Transformatorschrank (41) zum Steuerschrank (312) ver­ laufen Datenleitungen (410), über die die von der Meßwerter­ fassungseinrichtung (43, 45, 46) erfaßten Meßwerte, z. B. die Spannung und der Strom, über die Umsetzeinrichtung (49) an die Meßwertverarbeitungseinrichtung (413) übertragen werden,
• e) die Energieversorgungsleitungen (417) und die Datenleitun­ gen (410) sind in den Schränken an Energieversorgungsan­ schlüsse (419) bzw. an Datenanschlüsse (418) angeschlossen,
• f) die Leitungen und die Anschlüsse sind derart ausgestaltet, daß die Energieversorgungsleitungen (417) bzw. die Datenlei­ tungen (410) nur an die Energieversorgungsanschlüsse (419) bzw. nur an die Datenanschlüsse (418) ankoppelbar sind.

29. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 28, bei der die Umsetzeinrichtung (49) als Analog-Frequenz-Umsetzeinrich­ tung (49) ausgebildet ist.

30. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 28 oder 29, bei der die Leitungen (410, 417) vorkonfektionierte Stecker aufweisen.

31. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 28 oder 30, bei der die Datenleitungen (410) und die Energiever­ sorgungsleitungen (417) unvertauschbar ausgebildet sind.

32. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 28 oder 29, bei der die Datenleitungen (410) als Lichtwellenleiter (410) ausgebildet sind.

33. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 28 oder 29, bei der die Datenleitungen (410) und die Energieversor­ gungsleitungen (417) in einem gemeinsamen Kabel (411) geführt sind.

34. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 33, bei der in dem gemeinsamen Kabel (411) weitere Leitungen (420) verlaufen.

35. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 28 bis 34, bei der zwischen der Meßwertverarbeitungseinrichtung (413) und den steuerschrankseitigen Datenanschlüssen (418) eine Umsetzeinrichtung (414) angeordnet ist.

36. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 35, bei der die Umsetzeinrichtung (414) als Frequenz-Digital-Umsetzein­ richtung (414) ausgebildet ist.

37. Regelbare Spannungsversorgung, insbesondere nach Anspruch 1, für einen Ozonisator, bei der eintretende Ereignisse, z. B. Durchschläge, aufgrund von Erfahrungswerten automatisch ausgewertet werden und aufgrund der Auswertungsergebnisse neue, optimierte Steuerungsparameter (U* f* I*), wie z. B. eine Spannung (U*), eine Frequenz (f*) oder ein Strom (I*) für den Ozonisator ermittelt und vorgegeben werden.

38. Regelbare Spoannungsversorgung nach Anspruch 37, bei der die Ereignisse mittels auf den Erfahrungswerten basierenden Auswertungsregeln ausgewertet werden.

39. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 38, bei der ein eintretendes Ereignis höchstens zwei Ereignisarten gleichzeitig zugeordnet wird.

40. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 37 bis 39, bei der die Optimierung der Steuerungsparameter (U*, f*, I*) aufgrund einer statistischen Auswertung des eintre­ tenden Ereignisses und vorausgegangener Ereignisse erfolgt.

41. Regelbare Spannungsversorgung nach Anspruch 40, bei der die optimierten Steuerungsparameter (U*, f*, I*) mit Sicherheitszuschlägen bzw. Sicherheitsabschlägen beaufschlagt werden.

42. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 40, bei der bei der Optimierung der Steuerungsparameter (U*, f*, I*) zuerst die Spannung (U*) dann die Frequenz (f*) und erst dann der Strom (I*) optimiert wird.

43. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 40 bis 42, bei der in vorwählbaren Zeitabständen eine Kennlinie aufgenommen wird und daß für den Fall, daß die Spannung (U) als Funktion des Stroms (I) ein Maximum (Umax) aufweist, der Strom bei dem dieses Spannungsmaximum (Umax) erreicht wird, fest als Strom-Sollwert (I*) vorgegeben wird.

44. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 42 bis 43, bei der die Steuerung (51 bis 55) eine Optimierungs­ einheit (54) aufweist, die vorzugsweise als neuronales Netz ausgebildet ist.

45. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 42 bis 43, bei der der Steuerung ein in einer Leitwarte angeord­ netes Anzeigegerät, z. B. ein Monitor, zugeordnet ist, so daß mittels des Anzeigegerätes Prozeßzustände, Prozeßdaten und/oder die Steuerungsparameter (U*, f*, I*) darstellbar sind.

46. Regelbare Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 42 bis 45, bei der die Steuerung (51 bis 55) zumindest teilweise in einem eigenständigen Teilsystem eines vernetzten Auto­ matisierungssystems einer technischen Anlage implementiert ist.