DE4447559C2 - Verfahren und Vorrichtung für den Betrieb einer Aufladesteuervorrichtung für eine Speicherheizgeräteanlage - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für den Betrieb einer Aufladesteuervorrichtung für eine Speicherheizgeräteanlage

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für den Be­ trieb einer Aufladesteuervorrichtung für eine Speicherheizge­ räteanlage nach Anspruch 1 und eine entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 9.
Bei den bekannten Speicherheizgeräteanla­ gen ist es üblich, von dem Zentralsteuergerät aus, das Spei­ cherheizgerät mit einer witterungs- und zeitabhängigen Füh­ rungsgröße, dem Einschaltdauersignal, über die Steuerleitungen Z1/Z2 zu versorgen. Der Wert dieser Führungsgröße entspricht entweder dem Effektivwert oder dem Ein/Aus-Verhältnis der Spannung auf den Steuerleitungen Z1/Z2. Üblicherweise ist die Führungsgröße für alle Speicherheizgeräte der jeweiligen Spei­ cherheizgeräteanlage gleich oder wird über ein Gruppensteuer­ gerät (GSG) für eine Anzahl von Speicherheizgeräten gleicher­ maßen erhöht oder erniedrigt.
Aus der DE 34 10 025 A1 ist ein rechnergesteuerter Heizungs­ regler für Elektrospeicherheizgeräte bekannt, der einen Rech­ ner aufweist, der den Wärmebedarfssollwert des jeweils nächs­ ten Tages aus den Wärmeverbrauchswerten eines oder mehrerer Vortage festlegt. Dieser Rechner ist mit einem Informations­ speicher für zwei oder mehrere Tages-Wärmeverbrauchswerte ver­ sehen und im Ofenkern ist ein der Ermittlung der jeweiligen Restwärme dienender Temperatursensor angeordnet, mit dessen Hilfe der Tages-Wärmeverbrauchswert als Differenz zwischen der pro Tag zugeführten Wärme und der Restwärme gewonnen wird.
Aus der DE-AS 20 62 713 ist ein Verfahren zur elektronischen Aufladesteuerung in einem Speicherheizungssystem mit einem Zentralsteuergerät und einer Mehrzahl von mit elektronischen Ladereglern ausgerüsteten Wärmespeicheröfen bekannt, bei dem ein analoges Spannungssignal, dessen Amplitude Außentempera­ tur- und/oder zeitabhängig ist, vom Zentralsteuergerät an die Laderegler gesendet wird.
Aus der EP 344 609 A2 ist ein digitales Signalübertragungssys­ tem für die Hausleittechnik bekannt, bei dem ein Leitungsver­ bundnetz an jedem Ende eine Universalschnittstelle aufweist, mit der digitale Signaltelegramme erzeugt, ausgesendet/empfan­ gen und verarbeitet werden können. Für die bei Speicherheizge­ räten spezifischen Vorgaben (siehe die obigen Normen DIN 44571 bis DIN 44574) bietet dieses Dokument keine Lösung.
Aus der DE 36 12 874 A1 ist eine Steuereinrichtung für Spei­ cherheizgeräte bekannt, die ein Aufladesteuergerät hat, das eine außentemperatur-abhängige Steuerspannung abgibt, die in Abhängigkeit von der im einzelnen Speicherheizgerät vorhande­ nen Restwärme dessen Aufladung steuert. Dieses Dokument be­ schreibt eine Möglichkeit, die in den oben genannten Normen beschriebenen Einschaltdauerwerte ED in Abhängigkeit von der Außentemperatur als Schwingungspaket-gesteuerte Wechselspan­ nung vorzugeben.
Aus der DE 38 23 388 A1 ist ein Elektrospeicherheizgerät be­ kannt, das durch eine lokale Steuereinheit in Abhängigkeit von der vorangegangenen Entladung aufgeladen wird.
Aus der DE 42 05 758 A1 ist eine Steuerung für eines Speicher­ heizgerätes bekannt, das über einen ersten Stromkreis auflad­ bar und über einen zweiten Stromkreis entladbar ist. Ein Frei­ gabesignal aus einem Signalgeber kann die Aufladung steuern. Diese erfolgt insbesondere unter Berücksichtigung eines Frei­ gabesignals von dem EVU und einem den Wärmebadarf des jeweili­ gen zu beheizenden Raumes abhängigen Meßsignals.
Aus der EP 513 443 A1 ist ein Gebäudemanagmentsystem bekannt, bei dem unter anderem Heizgeräte eines Hauses über einen Bus mit einer Steuerung verbunden und durch diese steuerbar sind. Der Bus ist als drahtloser Bus ausgestaltet.
Die Erfindung hat die Aufgabe, bei solchen Steuerungen einen Informationsaustausch zwischen einer Zentralsteuerung und da­ mit verbundenen Geräten zu ermöglichen, und gleichzeitig eine Abwärtskompatibilität zu Geräten nach dem Stand der Technik zu gewährleisten, bei denen der Einschaltdauerwert in Form von Vollwellen-Schwingungspaketen übermittelt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 9.
Um eine bidirektionale Kommunikation zwischen einzelnen Gerä­ ten des Netzverbundes zu ermöglichen, werden zusätzlich auf die gleiche Weise von dem Speicherheizgerät (SHG) für das Zentralsteuergerät (ZSG) bestimmte, unterschiedliche Nachrich­ ten erzeugt und ausgesendet, und die Nachrichten von dem Zent­ ralsteuergerät (ZSG) empfangen und verarbeitet.
Dabei können die Nachrichten von einem sendenden Gerät (SHG, ZSG) des Netzverbunds (NVB) direkt an ein empfangendes Gerät (SHG, ZSG) des Netzverbunds (NVB) gesendet und von diesem empfangen werden oder die Nachrichten von einem sendenden Gerät (SHG, ZSG) über ein Datenverteilerge­ rät (DVG) an ein empfangendes Gerät (SHG, ZSG) gesen­ det und von diesem empfangen werden.
Da bei dem Verfahren Nachrichten in beide Richtungen (von den Zentralsteuergerät (ZSG) zu dem Speicherheizgerät (SHG) und von den Speicherheizgerät (SHG) zu dem Zentralsteuergerät (ZSG)) übertragen werden, kann eine wesentlich besser an die momentane oder in der Zukunft erwartete Situation angepaßte Steuerung der Speicherheizgeräte (SHG) durch das Zentralsteuergerät (ZSG) er­ folgen.
In vorteilhafter Weise sind bei diesem Verfahren die Nachrich­ ten durch einen Geräteadressenteil (GAT) und einen Datenteil (DT) gebildet sind. Dabei kann der Geräteadressenteil (GAT) für jedes einzelne Gerät der Speicherheizgeräteanlage spezifisch sein, oder der Geräteadressenteil (GAT) kann für Gruppen von Geräten der Speicherheizgeräteanlage spezifisch sein. Insbeson­ dere zur Nachrichtenübermittlung an bestimmte Geräte (z. B. alle Witterungsfühler (WF) oder alle Datenverteilergeräte (DVG), oder grundsätzlich alle Geräte des Netzes) können so einfach Nach­ richten übermittelt werden. Der Geräteadressenteil kann sowohl die Adresse des aussendenden Gerätes, als auch die Adresse(n) des empfangenden Gerätes oder der Gruppe von empfangenden Gerä­ ten enthalten.
Der Datenteil kann Informationen über
  • - einen Soll-Ladegrad (SLG), und/oder
  • - einen Einschaltdauerwert (ED), und/oder
  • - den Beginn/Ende/Dauer der Niedertariffreigabe (BNT/ENT/DNT), und/oder
  • - den Beginn/Ende/Dauer der Hochtariffreigabe (BHT/BHT/DHT), und/oder
  • - die Arbeitspreise für Hochtarif-/Niedertarifstrom (AHT/ANT), und/oder
  • - die Zeitwerte eines Zeitgebers (ZG), und/oder
  • - die Temperaturwerte eines Raumtemperaturfühlers (RTF), und/oder
  • - den Temperaturwert eines Speichertemperaturfühlers (STF), und/oder
  • - Informationen aus einem Computer (PC), und/oder
  • - die Temperaturwerte eines Witterungsfühlers (WF), und/oder
  • - Informationen aus einem Endgerät eines Energie­ versorgungsunternehmens (EVU), und/oder
  • - einen Identifikationscode eines Netzteilnehmers (ID) für ein empfangendes Gerät
enthalten.
Der Einschaltdauerwert enthält eine Information über den Solla­ degrad gemäß der Formel
Weiterhin kann der Datenteil (DT) einen Anforderungsbefehl (AB) für die oben genannten Informationen enthalten, so daß das Zen­ tralsteuergerät, jedes Speicherheizgerät, die Gruppensteuerge­ räte, ein PC oder andere Geräte, Informationen von weiteren Netz-Teilnehmern abfragen können.
Zur Erhöhung der Sicherheit der Kommunikation im Netz kann je­ des Gerät eine Nachricht aussenden, die dem sendenden Gerät den Erhalt der empfangenen Nachricht bestätigt. Falls die Bestäti­ gung nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeit eintrifft, kann das ursprünglich sendende Gerät die Nachricht wiederholen und/oder eine Fehlermeldung bzw. eine Fehlerbehandlungsroutine einleiten. Außerdem kann die Bestätigungsnachricht auf einen Anforderungsbefehl (AB) bereits die entsprechende Information enthalten.
Diese bidirektionale Kommunikation zwischen dem Zentralsteuer­ gerät und den Speicherheizgeräten ermöglicht eine bessere An­ passung an die tatsächlichen Gegebenheiten. Insbesondere ist eine feinfühligere individuelle Anpassung des Betriebes der Speicherheizgeräte an die jeweiligen klimatischen und räumli­ chen Gegebenheiten möglich. Auch durch das Zentralsteuergerät initiierte Funktionskontrollen oder Wartungsabfragen können mit dieser Anordnung auf einfache Weise realisiert werden, da die einzelnen Speicherheizgeräte durch entsprechende Nachrichten ihren Zustand bzw. den Zustand einzelner Baugruppen in den Speicherheizgeräten an das zentrale Steuergerät übermittelt werden können, um dort verarbeitet und z. B. angezeigt zu wer­ den.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedes Speicherheizgerät dazu eingerichtet, für das Zentralsteuergerät Nachrichten zu erzeugen und auszusenden, und das Zentralsteuer­ gerät ist dazu eingerichtet, von dem jeweiligen Speicherheizge­ rät ausgesendete Nachrichten zu empfangen und zu verarbeiten.
Damit können das Zentralsteuergerät (ZSG) und jedes Speicher­ heizgerät (SHG) als gleichwertige Teilnehmer in einem Verbund­ netz agieren, oder jedes Speicherheizgerät (SHG) ist von dem Zentralsteuergerät (ZSG) abhängig (Master/Slave-Prinzip). Bei größeren Netzen kann auch eine zweistufige Hierarchie vorgese­ hen sein, indem das Zentralsteuergerät (ZSG) über ein oder meh­ rere Datenverteilergeräte (DVG) mit jedem Speicherheizgerät (SHG) gekoppelt ist. Diese Anordnung ist zum Beispiel bei göße­ ren Häusern vorteilhaft, bei denen die Gesamtsteuerung durch ein Zentralsteuergerät (ZSG) erfolgt, das mit je einem Daten­ verteilergerät (DVG) für jede Wohn- oder Büroeinheit gekoppelt ist. Jedes Datenverteilergerät (DVG) ist seinerseits mit mehre­ ren Speicherheizgeräten (SHG) gekoppelt, um die einzelnen Räume zu versorgen.
Dabei kann die Kopplung des Zentralsteuergerätes (ZSG) mit dem Datenverteilergerät (DVG) oder mit dem Speicherheizgerät (SHG), bzw. die Kopplung des Datenverteilergerätes (DVG) mit dem Spei­ cherheizgerät (SHG) leitungsgebunden oder drahtlos erfolgen. Je nach Anforderungen und Gegebenheiten kann die Kopplung durch spezielle Steuerleitungen (Z1, Z2) oder über das normale Strom­ versorgungsnetz z. B. mit FSK (Frequency shift keying)- Modulation oder Phasenmodulation erfolgen. Es sind aber auch Glasfaserleitungen für besonders strahlungsempfindliche Umge­ bungen, oder Ultraschall-, Infrarot- oder Funkübertragungen möglich.
Je nach der Tiefe der Hierarchiestufen und den räumlichen Gege­ benheiten kann das Zentralsteuergerät (ZSG) mit dem Datenver­ teilergerät (DVG) und/oder mit dem Speicherheizgerät (SHG) in Ring-, Stern-, Bus-, Baumtopologie zu einem Netzverbund gekop­ pelt sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Aufladesteuervorrich­ tung ist in den Netzverbund ein oder mehrere Witterungsfühler (WF) eingegliedert. Damit kann in einfacher Weise die Außentem­ peratur bei der Zumessung des Ladegrades eines einzelnen Spei­ cherheizgerätes (SHG) oder einer Gruppe von Speicherheizgerät (SHG) berücksichtigt werden. Insbesondere bei unregelmäßig ge­ stalteten Gebäuden oder bei Hochhäusern kann es vorteilhaft sein, mehrere Witterungsfühler (WF) an unterschiedlichen Stel­ len an dem Gebäude zu positionieren und ggf. mit dem jeweiligen Datenverteilergerät (DVG) oder dem Zentralsteuergerät (ZSG) zu koppeln.
Um Nachtabsenkungen oder dergl. durchführen zu können, ist es vorteilhaft, in den Netzverbund einen oder mehrere Zeitgeber (ZG) einzugliedern.
Weiterhin sind in den einzelnen Räumen Raumtemperaturfühler (RTF) vorgesehen, um die dort herrschenden Temperaturen mit Hilfe des Lüfters im Speicherheizgerät (SHG) auf eine gewünsch­ te Solltemperatur zu regeln.
Schließlich ist ein Speichertemperaturfühler (STF) zur Erfas­ sung der Temperatur des Speicherheizgerätes (SHG) in den Netz­ verbund eingegliedert. Damit kann der Istladegrad (ILG) aus der maximal zulässigen Temperatur (MaxTemp) des Speicherheizgerätes (SHG) errechnet werden:
In Abhängigkeit davon kann die Aufladung des Speicherheizgerä­ tes gesteuert werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Auflade­ steuervorrichtung ist über ein Verbindungsgerät ein Computer oder ein Endgerät eines Energieversorgungsunternehmens (EVU) und/oder andere Sensoren/Aktoren in den Netzverbund eingeglie­ dert sein. Damit können Fernwartungsprogramme unterstützt wer­ den, Nieder- und Hochtarifzeiten erkannt und genutzt werden, und außerdem können statistische Auswertungen, Protokolle er­ stellt und Parametrisierungen der einzelnen Geräte auf einfache Weise vorgenommen werden. Das Verbindungsgerät (VG) arbeitet hierbei sowohl hardware- als auch softwaremäßig als Um- oder Übersetzer (= Interface) der Signale.
Damit die einzelnen Geräte miteinander Nachrichten austauschen können, weisen die am Netzverbund beteiligten Geräte (SHG, ZSG, DVG) jeweils einen Speicher (AS) auf, in dem die eigene Adresse und Funktion des Gerätes (SHG, ZSG, DVG) und die Adressen sowie die Funktionen der anderen in den Netzverbund (NVB) eingeglie­ derten Geräte (SHG, ZSG, DVG) abgelegt sind, und eine Nachrich­ tenerzeugungseinrichtung (NEE) aufweisen, um Nachrichten für ein anderes Gerät (SHG, ZSG, DVG) zu erzeugen, die mit der ei­ genen Adresse und der Adresse des Gerätes (SHG, ZSG, DVG) ver­ sehen sind, für das die jeweilige Nachricht bestimmt ist.
Insbesondere wenn mehrere Geräte in den Netzverbund vorhanden sind, weisen die in den Netzverbund (NVB) eingegliederten Gerä­ te jeweils eine Addressauswerteeinrichtung (AAE) auf, um von jeweils anderen Geräten (SHG, ZSG, DVG, WF, ZG) kommende Nach­ richten als für sie bestimmt zu erkennen.
Zur Erfüllung dieser Funktionen sind die Steuerungen der ein­ zelnen Geräte vorzugsweise mit einem Microprozessor oder Micro­ controller ausgestattet, die ein entsprechendes Programm in ei­ nem Programmspeicher enthalten.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens zum Betrieb einer Aufladesteuervorrichtung für eine Speicherheizgeräteanlage werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, wobei
Fig. 1 einen schematischen Schaltplan für eine Auflade­ steuervorrichtung in einer ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 2 einen schematischen Schaltplan für eine Aufladesteuerung in einer zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 3 3a bis 3d mögliche Topologien von Aufladesteuer­ vorrichtungen in schematischer Darstellung zeigen;
Fig. 4 eine schematische Darstellung von Geräten der Aufladesteuervorrichtung zeigt;
Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung eines Einschalt­ dauerwert-Signals nach dem Stand der Technik zeigt, und
Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung eines Einschalt­ dauerwert-Signals gemäß der Erfindung zeigt.
Fig. 1 zeigt eine Aufladesteuervorrichtung für eine Speicher­ heizgeräteanlage mit einem Zentralsteuergerät ZSG und mehreren Speicherheizgeräten SHG1 . . . SHGn, die mit den Steuerleitungen Z1/Z2 zur Übertragung von Nachrichten gekoppelt sind. Das Zen­ tralsteuergerät erhält über ein Tarifschaltgerät die Ladefrei­ gaben vom Energieversorgungsunternehmen. Zur Erfassung der Au­ ßentemperatur ist das Zentralsteuergerät ZSG über weitere Lei­ tungen mit einem Außentemperaturfühler verbunden. In der ge­ zeigten Figur ist das Zentralsteuergerät ZSG über eine eigens dafür vorgesehene Schnittstelle zur komfortablen Parametrisie­ rung an einen PC angeschlossen.
Zur gezielten Übermittlung von Nachrichten sind die Geräte mit individuellen Adressen versehen, so daß z. B. das Zentralsteu­ ergerät m zunächst an das Speicherheizgerät 1 eine Information a sendet, um dann an das Speicherheizgerät 2 eine Information b zu senden und schließlich an das Speicherheizgerät n eine In­ formation z zu senden. So erhalten die verschiedenen Speicher­ heizgeräte speziell für diese bestimmte individuelle Werte (z. B. verschiedenene Soll-Ladegrad-Werte).
Um zu erreichen, daß sowohl Speicherheizgeräte nach dem Stand der Technik mit der für sie bestimmten Führungsgröße zu versor­ gen, als auch erfindungsgemäße Speicherheizgeräte an einem Zen­ tralsteuergerät zu betreiben, wird ein neues Verfahren verwen­ det:
Durch die Verteilung der ein- bzw. ausgeschalteten Vollwellen innerhalb der Periodendauer der Übertragung (üblicherweise los) wird eine binäre Datenübertragung unter Beibehaltung des Effek­ tivwerts bzw. des Ein/Aus-Verhältnisses realisiert.
In einer weiteren Variante können diese Steuerleitungen Z1/Z2 ggf. zusammen mit weiteren Steuerleitungen auch dazu genutzt werden, um ein eigens hierfür entworfenes Übertragungsproto­ koll, ohne Rücksichtnahme auf Geräte die dem Stand der Technik entsprechen, zu benutzen.
Diese Möglichkeit zusätzliche Daten zwischen dem Zentralsteuer­ gerät und den Speicherheizgeräten zu übertragen, ermöglicht ei­ ne bessere Anpassung an die tatsächlichen Gegebenheiten. Insbe­ sondere ist eine feinfühligere individuelle Anpassung der Spei­ cherheizgeräte an die jeweiligen klimatischen und räumlichen Gegebenheiten möglich.
Fig. 2 zeigt eine Aufladesteuervorrichtung für eine Speicher­ heizgeräteanlage mit einem Zentralsteuergerät ZSG und mehreren Speicherheizgeräten SHG1 . . . SHGn, die ebenso wie das Zentral­ steuergerät ZSG über jeweilige Koppeltransformatoren über das Stromversorgungsnetz an die Leitungen L/N gekoppelt sind. Die Koppeltransformatoren dienen zur Einspeisung bzw. zur Entnahme von Nachrichten von dem Leitungsnetz. Die Übertragung der Nach­ richten zwischen dem Zentralsteuergerät ZSG und den Speicher­ heizgeräten SHG1 . . . SHGn erfolgt bidirektional, d. h. Nachrichten können von dem Zentralsteuergerät ZSG an die übrigen (dafür eingerichteten) Geräte an dem Leitungsnetz L/N übertragen wer­ den und Nachrichten von den anderen Geräten an dem Leitungsnetz L/N können auch an das Zentralsteuergerät ZSG übertragen wer­ den. So können die Nachrichten ebenso individuell übertragen werden, wie in Fig. 1 beschrieben. Darüber hinaus besteht nun die Möglichkeit Nachrichten von den Speicherheizgeräten aus an andere Geräte zu übertragen, z. B. können die tatsächlichen Temperaturen in den Speicherheizgeräten an den angeschlossenen PC auf dessen Anforderung hin übertragen werden.
Des weiteren kann die Aufladesteuerung gemäß der Erfindung wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, auch ein Verbindungsgerät VG zur Kopplung zu anderen Bus- bzw. Übertragungsystemen aufweisen. Über dieses Verbindungsgerät können Informationen mit der Au­ ßenwelt ausgetauscht werden, z. B. mit einem Energieversorgungs­ unternehmen EVU, mit anderen Geräten über einen EIB-Bus Elek­ troinstallationsbus, beispielsweise um den Ladevorgang in einem bestimmten Speicherheizgerät SHG zu drosseln, falls zusätzliche elektrische Verbraucher betrieben werden.
Diese nun bidirektionale Kommunikation zwischen dem Zentral­ steuergerät und den Speicherheizgeräten bietet nun weitere Vor­ teile:
Durch das Zentralsteuergerät initiierte Funktionskontrollen oder Wartungsabfragen können mit dieser Anordnung auf einfache Weise realisiert werden, da die einzelnen Speicherheizgeräte durch entsprechende Nachrichten ihren Zustand bzw. den Zustand einzelner Baugruppen in den Speicherheizgeräten an das zentrale Steuergerät übermittelt werden können, um dort verarbeitet und z. B. angezeigt zu werden.
Mögliche Topologien, um einzelne Geräte der Aufladesteuervor­ richtung zu verbinden, sind in den Fig. 3a bis 3d gezeigt. Fig. 3a zeigt eine ringförmige Topologie, bei der die einzelnen Ge­ räte miteinander im Kreis gekoppelt sind. Jeweils einem Spei­ cherheizgerät SHGn ist ein Raumtemperaturfühler RTFn benach­ bart, der die Raumtemperatur in dem von dem Speicherheizgerät SHG beheizten Raum erfaßt und an das jeweilige Speicherheizge­ rät und/oder das Zentralspeichergerät ZSG weiterleitet. Ein sich in dem Ring befindender Zeitgeber ZG sendet in regelmäßi­ gen Abständen oder auf Anforderung an alle oder an ausgewählte Geräte in dem Netzverbund eine Zeitnachricht, oder das Zentral­ steuergerät ZSG ruft in regelmäßigen Abständen eine Zeitnach­ richt von dem Zeitgeber ZG ab.
Fig. 3d zeigt ein Netz mit einer hierarchischen Struktur, bei der das Zentralspeichergerät ZSG mit Datenverteilgeräten DVG1 und DVG2 kommuniziert, die ihrerseits Nachrichten von den mit ihnen gekoppelten Speicherheizgeräten bzw. den zugehörigen Raumtemperaturfühlern empfangen und an diese übertragen.
Fig. 3c zeigt eine sternförmige Toplogie dar, wie auch die in Fig. 1 gezeigte Anordnung. Wie am Beispiel der Fig. 1 zu erken­ nen ist, können auch gemischte Übertragungsmedien zur Kommuni­ kation zwischen einzelnen Geräten des Netzes verwendet werden. Die Kommunikation zwischen den Speicherheizgeräten SHG und dem Zentralsteuergerät erfolgt über Steuerleitungen Z1/Z2, während die Kommunikation zwischen dem Computer PC und dem Zentralsteu­ ergerät beispielsweise über eine serielle Schnittstelle RS 232 erfolgen kann. Schließlich kann ein Witterungsfühler für die Außentemperatur WF (wie gezeigt) direkt mit dem Zentralsteuer­ gerät verbunden sein. Alternativ dazu kann in ähnlicher Weise der Witterungsfühler für die Außentemperatur WF wie ein Raum­ temperaturfühler RTF in den Netzverbund eingegliedert sein.
Fig. 3b stellt eine lineare Bus-Topologie, siehe hierzu auch Fig. 2.
Fig. 4 zeigt die Komponenten des Gerätes der Aufladesteuervor­ richtung für eine Speicherheizgeräteanlage, mit der die Kommu­ nikation zwischen den einzelnen Geräten ausgeführt wird. Ein Mikrocontroller mC ist je nach Art des Gerätes z. B. mit einem Sensor verbunden (hier Speichertemperaturfühler STF oder dgl.), und/oder der Mikrocontroller ist mit einem Aktor (hier Thermo­ schütz TS, durch den die Aufladung des jeweiligen Speicherheiz­ gerätes gesteuert wird) verbunden.
In dem Mikrocontroller mC werden die Daten zur Eingabe oder zur Ausgabe entsprechend aufbereitet. Um eine Nachricht an ein an­ deres Gerät zu senden, wird von dem Mikrocontroller mC über ei­ ne Steuerleitung SL1 eine Nachrichtenerzeugungseinrichtung ak­ tiviert und mit den notwendigen Informationen und Daten verse­ hen, um dem jeweiligen anderen Gerät die entsprechende Nach­ richt zu übermitteln. Die Nachricht enthält die Adresse des an­ zusprechenden Gerätes, Daten sowie die Adresse des absendenden Gerätes. Die Adresse des absendenden Gerätes sowie die Adresse und Funktion des empfangenden Gerätes ist in dem Adress- Speicher AS abgelegt.
Von der Nachrichtenerzeugungseinrichtung NEE wird die abgehende Nachricht über eine Leitung AN (ggf. über einen Koppeltransfor­ mator TR) in das jeweilige Verbindungsnetz eingespeist. Mit Hilfe einer Adressenauswerteeinrichtung AAE, die über eine Lei­ tung EN eingehende Nachrichten von dem Netz "mithört", wird überprüft, ob die Zieladresse der eingehenden Nachricht mit der im Adress-Speicher AS abgelegten eigenen Adresse übereinstimmt. Wenn dies der Fall ist, ist die eingehende Nachricht für das jeweilige Gerät bestimmt und eine Steuerleitung SL3 wird akti­ viert. Die entsprechenden Daten werden (vom Microcontroller mC über die Leitung SL2 gesteuert) von der Adressauswerteeinrich­ tung an den Mikrocontroller mC weitergeleitet und dort von die­ sem entsprechend weiterverarbeitet.
Der Mikrocontroller mC enthält unter anderem auch einen Daten­ speicher (DS).
Zur Erfüllung dieser Funktionen (wie z. B. Adressauswerteein­ richung AAE, Nachrichtenerzeugungseinrichtung NEE, Adress- Speicher AS etc.) sind die einzelnen Geräte mit einem Micropro­ zessor oder Microcontroller ausgestattet, die ein entsprechen­ des Programm in einem Programmspeicher enthalten, können aber auch als eigenständige elektronische Komponenten realisiert sein.
Da bei dem Verfahren Nachrichten über den Netzverbund allen Teilnehmern zugänglich gemacht werden, kann eine hinsichtlich Benutzungsgewohnheiten, Stromtarifen, Witterung optimierter Be­ trieb der Speicherheizanlage erreicht werden. Außerdem wird ei­ ne individuelle Anpassung der einzelnen Speicherheizgeräte (SHG) an die räumlichen Gegebenheiten ermöglicht. Dabei ist es gleichgültig ob diese Optimierungen und Anpassungen von dem Zentralsteuergerät (ZSG), dem Speicherheizgerät (SHG) selbst, oder einem über ein Verbindungsgerät (VG) an den Netzverbund gekoppelten PC erreicht wird. Ebenso ist ein verteiltes System denkbar, in dem die verschiedenen Aufgaben auf verschiedene Komponenten des Netzes aufgeteilt sind.
Bei diesem Verfahren sind die Nachrichten durch einen Gerätea­ dressenteil (GAT) und einen in der Länge variablen Datenteil (DT) gebildet. Dabei kann der Geräteadressenteil (GAT) für je­ des einzelne Gerät der Speicherheizgeräteanlage spezifisch sein, oder der Geräteadressenteil (GAT) kann für Gruppen von Geräten der Speicherheizgeräteanlage spezifisch sein. Insbeson­ dere zur Nachrichtenübermittlung an bestimmte Geräte [z. B. alle Speicherheizgeräte (SHG) oder alle Datenverteilergeräte (DVG), oder grundsätzlich alle Geräte des Netzes] können so einfach Nachrichten übermittelt werden. Der Geräteadressenteil kann so­ wohl die Adresse des aussendenden Gerätes, als auch die Adres­ se(n) des empfangenden Gerätes oder der Gruppe von empfangenden Geräten enthalten.
Weiterhin ist die Möglichkeit vorgesehen, (zur Initialisie­ rung/Reinitialisierung des Netzverbundes) einen Anforderungsbe­ fehl (AB) an alle Komponenten des Netzes auszusenden, der zur Identifikation aller Komponenten dient. Vorteilhafterweise kön­ nen dann von den Teilnehmern Tabellen über die Funktion der an­ deren Teilnehmern zusammen mit ihren Adressen erstellt werden.
Für den Betrieb einer erfindungsgemäßen Speicherheizanlage ist es gleichgültig welche der beteiligten Komponenten des Netzver­ bundes die Parameter erfaßt, aufbereitet und auf Anforderung sendet. Wichtig ist nur, daß diese Parameter als Nachrichten über den Netzverbund für alle anderen Teilnehmer jederzeit ver­ fügbar sind. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Möglichkeit besteht, kurzfristig auf veränderte Gegebenheiten zu reagieren.
Die DIN 44573 und 44574 lassen für die Übertragung der Ein­ schaltdauer wahlweise ein statistisch verteiltes Einschaltdau­ ersignal (ED) oder ein Block-Einschaltsignal zu. Bei beiden Übertragungsarten kann eine Spannungskompensation vorgesehen werden. Soll z. B. ein ED-Wert von 50% übertragen werden, würden bei einer Netzspannung von 230 V in einem vorbestimmten Zeit­ raum jeweils 50 Vollwellen der Netzspannung ein- und 50 Voll­ wellen ausgeschaltet werden. Bei einer Spannungsänderung wird sich das Verhältnis der ein- zu den ausgeschalteten Vollwellen ändern (= Spannungskompensation), da in dem Empfänger eine rei­ ne Effektivwertmessung der übertragenen Leistung erfolgt, um den zu übertragenden Wert zu ermitteln.
Steigt z. B. die Netzspannung auf 240 V bei einem Soll-ED-Wert von 50%, so wird nun ein Ist-ED-Wert von 46% übertragen (der Effektivwert der übertragenen Leistung ist somit gleichgeblie­ ben).
Der zulässige Wertebereich für Block-ED-Werte liegt zwischen 2% und 100% ED. Die Torzeit zur Übertragung beträgt 10 s. Daraus läßt sich errechnen, daß mindestens 10 Vollwellen, und höch­ stens 500 Vollwellen übertragen werden.
Bei einem ED-Wert von 40% würden als zunächst 200 Vollwellen eingeschaltet, und 300 Vollwellen ausgeschaltet sein, wie dies in Fig. 5 veranschaulicht ist. Hier ist jedoch die Torzeit der besseren Darstellung wegen nur 500 ms; also 10 eingeschaltete Vollwellen und 15 ausgeschaltete Vollwellen.
Für die digitale Übertragung soll nun definiert werde daß eine eingeschaltete Vollwelle einer logischen "1" entspricht, eine ausgeschaltete Vollwelle einer logischen "0". Um denselben Ef­ fektivwert zu übertragen, können die eingeschalteten Vollwellen über die gesamte Periode (= Torzeit) verteilt werden. Damit er­ hält man die Möglichkeit ein binäres Signal zu übermitteln (vgl. dazu Fig. 6). Hier wird die digitale Information in Form einer Bitfolge "1101 0111 0011 0100 1000 0000 0" übertragen.
Innerhalb einer Torzeit können nun solange logische Nullen und logische Einsen aneinandergereiht werden, bis die Zahl der zu übertragenden Einsen erreicht ist. Eine Fortsetzung der Infor­ mation kann dann in der folgenden Torzeit erfolgen.
Anfang und Ende der Übertragung werden durch speziell definier­ te Zeichen gekennzeichnet. Da die kleinste Anzahl eingeschalte­ ter Vollwellen 8 beträgt (nach Berücksichtigung der Spannungs­ kompensation), kann die kleinste Informationseinheit z. B. aus 6 Bit bestehen um zusammen mit 1 Startbit und 1 Paritätsbit einen "Frame" von 8 Bit zu bilden.

Claims (21)

1. Verfahren zum Betrieb einer Aufladesteuervorrichtung für ei­ ne Speicherheizgeräteanlage bei der wenigstens ein Speicher­ heizgerät (SHG1 . . . SHGn) mit einem Zentralsteuergerät (ZSG) zur Übermittlung eines vorgegebenen Einschaltdauerwertes (ED) und wenigstens einer Nachricht gekoppelt ist, wobei
  • - von dem Zentralsteuergerät (ZSG) für das jeweilige Speicher­ heizgerät (SHG1 . . . SHGn) bestimmte, unterschiedliche Nachrich­ ten erzeugt und ausgesendet werden, und
  • - die Nachrichten von dem jeweiligen Speicherheizgerät (SHG1 . . . SHGn) empfangen und verarbeitet werden,
wobei
  • - zur Übertragung der Nachricht durch eine Abfolge von ein- bzw. ausgeschalteten Vollwellen einer Wechselspannung innerhalb einer Übertragungsperiode mit einer festgelegten Dauer die Nachricht binär codiert wird, und wobei
  • - die die binäre Codierung der Nachricht wiedergebenden ein- oder ausgeschalteten Vollwellen so innerhalb der festgelegten Wiederholdauer verteilt und zusätzliche, keine Nachricht ent­ haltenden eingeschalteten Vollwellen derart hinzugefügt werden, daß der Effektivwert der Wechselspannung oder das Ein/Aus-Ver­ hältnis der Vollwellen der Wechselspannung innerhalb der Über­ tragungsperiode dem vorgegebenen Einschaltdauerwert (ED) ent­ spricht.
2. Verfahren zum Betrieb einer Aufladesteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - von dem Speicherheizgerät (SHG) für das Zentralsteuergerät (ZSG) bestimmte, unterschiedliche Nachrichten erzeugt und aus­ gesendet werden, und
  • - die Nachrichten von dem Zentralsteuergerät (ZSG) empfangen und verarbeitet werden, und wobei
  • - die die binäre Codierung der Nachricht wiedergebenden ein- oder ausgeschalteten Vollwellen so innerhalb der festgelegten Wiederholdauer verteilt und zusätzliche, keine Nachricht ent­ haltenden eingeschalteten Vollwellen derart hinzugefügt werden, daß der Effektivwert der Wechselspannung oder das Ein/Aus-Ver­ hältnis der Vollwellen der Wechselspannung innerhalb der Über­ tragungsperiode dem vorgegebenen Einschaltdauerwert (ED) ent­ spricht.
3. Verfahren zum Betrieb einer Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Nachrichten von einem sendenden Gerät (SHG, ZSG) eines Netzverbunds (NVB) direkt an ein empfangendes Gerät (SHG, ZSG) des Netzverbunds (NVB) gesendet und von diesem empfangen werden oder daß die Nachrichten von einem sendenden Gerät (SHG, ZSG) über ein Datenverteilergerät (DVG) an ein empfangendes Gerät (SHG, ZSG) gesendet und von diesem empfangen werden.
4. Verfahren zum Betrieb einer Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Nachricht durch einen Geräteadressenteil (GAT) und einen Datenteil (DT) gebildet ist.
5. Verfahren zum Betrieb einer Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Geräteadressenteil (GAT) die Adresse des sendenden Gerä­ tes (SHG, ZSG) und/oder die Adresse des empfangenden Gerätes (SHG, ZSG) oder einer Gruppe von empfangenden Geräten enthält.
6. Verfahren zum Betrieb einer Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Da­ tenteil (DT) Informationen über
  • - einen Soll-Ladegrad (SLG), und/oder
  • - einen Einschaltdauerwert (ED), und/oder
  • - den Beginn/Ende/Dauer der Niedertariffreigabe (BNT/ENT/DNT), und/oder
  • - den Beginn/Ende/Dauer der Hochtariffreigabe (BHT/BHT/DHT), und/oder
  • - die Arbeitspreise für Hochtarif-/Niedertarifstrom (AHT/ANT), und/oder
  • - die Zeitwerte eines Zeitgebers (ZG), und/oder
  • - die Temperaturwerte eines Raumtemperaturfühlers (RTF), und/oder
  • - den Temperaturwert eines Speichertemperaturfühlers (STF), und/oder
  • - Informationen aus einem Computer (PC), und/oder
  • - die Temperaturwerte eines Witterungsfühlers(WF), und/oder
  • - Informationen aus einem Endgerät eines Energie­ versorgungsunternehmens (EVU), und/oder
  • - einen Identifikationscode eines Netzteilnehmers (ID) für ein empfangendes Gerät (SHG, ZSG, WF, ZG) enthält.
7. Verfahren zum Betrieb einer Aufladesteuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Datenteil (DT) einen Anforderungsbefehl (AB) für die In­ formationen enthält.
8. Verfahren zum Betrieb einer Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Gerät, das eine Nachricht empfangen hat, eine Nachricht aussendet, die den Erhalt der empfangenen Nachricht bestätigt und/oder auf einen Anforderungsbefehl (AB) die entsprechende Information enthält.
9. Aufladesteuervorrichtung für eine Speicherheizgeräteanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Zentralsteuergerät (ZSG) und wenigstens einem Speicherheizgerät (SHG1 . . . SHGn), dadurch gekennzeichnet, daß
  • - jedes Speicherheizgerät (SHG) zur Übermittlung von Nachrich­ ten von dem Speicherheizgerät (SHG) zu dem Zentralsteuergerät (ZSG) mit diesem gekoppelt ist,
  • - das Zentralsteuergerät (ZSG) dazu eingerichtet ist, für jedes Speicherheizgerät (SHG) Nachrichten zu erzeugen und auszusen­ den, und
  • - jedes Speicherheizgerät (SHG) dazu eingerichtet ist, vom Zen­ tralsteuergerät (ZSG) ausgesendete Nachrichten zu empfangen und zu verarbeiten.
10. Aufladesteuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß
  • - jedes Speicherheizgerät (SHG) dazu eingerichtet ist, für das Zentralsteuergerät (ZSG) Nachrichten zu erzeugen und auszu­ senden, und
  • - das Zentralsteuergerät (ZSG) dazu eingerichtet ist, von dem jeweiligen Speicherheizgerät (SHG) ausgesendete Nachrichten zu empfangen und zu verarbeiten.
11. Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9-10, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Zentralsteuergerät (ZSG) direkt mit dem Speicherheizgerät (SHG) gekoppelt ist und/oder daß das Zentralsteuergerät (ZSG) über ein Datenverteilergerät (DVG) mit dem Speicherheizgerät (SHG) gekoppelt ist.
12. Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Kopplung des Zentralsteuergerätes (ZSG) mit dem Datenver­ teilergerät (DVG) oder mit dem Speicherheizgerät (SHG) und/oder die Kopplung des Datenverteilergerätes (DVG) mit dem Speicher­ heizgerät (SHG) leitungsgebunden oder drahtlos erfolgt.
13. Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - bei leitungsgebundener Kopplung die bestehenden Netzleitungen L/N und/oder Steuerleitungen Z1/Z2 verwendet werden.
14. Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralsteuergerät (ZSG) mit dem Datenverteilergerät (DVG) und/oder mit dem Speicher­ heizgerät (SHG) in Ring-, Stern-, Bus- oder Baumtopologie zu einem Netzverbund (NVB) gekoppelt sind.
15. Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9-14, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - in den Netzverbund (NVB) ein oder mehrere Witterungsfühler (WF) eingegliedert sind.
16. Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9-15, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - in den Netzverbund (NVB) ein oder mehrere Zeitgeber (ZG) ein­ gegliedert sind.
17. Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9-16, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - in den Netzverbund (NVB) ein oder mehrere Raumtemperaturfüh­ ler (RTF) eingegliedert sind.
18. Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9-17, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - in den Netzverbund (NVB) ein oder mehrere Speichertemperatur­ fühler (STF) eingegliedert sind.
19. Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9-18, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - über ein Verbindungsgerät (VG) ein Computer (PC), und/oder ein Endgerät eines Energieversorgungsunternehmens (EVU) und/oder andere Sensoren/Aktoren in den Netzverbund (NVB) einge­ gliedert sind.
20. Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9-19, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die am Netzverbund beteiligten Geräte (SHG, ZSG, DVG, WF, ZG) jeweils
  • - einen Speicher (AS) aufweisen, in dem die eigene Adresse und Funktion des Gerätes (SHG, ZSG, DVG, WF, ZG) und die Adressen sowie die Funktionen der anderen in den Netzverbund (NVB) ein­ gegliederten Geräte (SHG, ZSG, DVG, WF, ZG) abgelegt sind, und
  • - eine Nachrichtenerzeugungseinrichtung (NEE) aufweisen, um Nachrichten für ein anderes Gerät (SHG, ZSG, DVG, WF, ZG) zu erzeugen, die mit der eigenen Adresse und der Adresse des Gerä­ tes (SHG, ZSG, DVG, WF, ZG) zu versehen, für das die jeweilige Nachricht bestimmt ist.
21. Aufladesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 9-20, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die in den Netzverbund (NVB) eingegliederten Geräte jeweils eine Addressauswerteeinrichtung (AAE) aufweisen, um von jeweils anderen Geräten (SHG, ZSG, DVG, WF, ZG) kommende Nachrichten als für sie bestimmt zu erkennen.
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