Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung von Außenleuchten
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Außenleuchten, wie sie zur Beleuchtung von Straßen oder Plätzen
verwendet werden, sind meist Eigentum einer Kommune und
werden von Elektrofirmen, mit denen Wartungsverträge abgeschlossen
sind, in regelmäßigen Zeitabständen gewartet. Im
Rahmen dieser Wartungsmaßnahmen werden in der Regel sämtliche
Lampen ausgetauscht, unabhängig davon, ob diese noch in Ordnung
sind oder nicht. Fällt aber zwischen den Wartungszyklen
eine Lampe aus, so wird diese erst ersetzt, wenn sich jemand
bei der Verwaltung der Kommune meldet und auf die ausgefallene
Lampe hinweist.
Durch diese Art der Wartung entstehen hohe Kosten. Denn neben
dem nötigen Austausch defekter oder kurz vor Ende der Lebensdauer
stehender Lampen fallen auch Materialkosten und Arbeitslohn
für den unnötigen Austausch noch funktionstüchtiger
Lampen durch neue Lampen an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur
Überwachung von Außenleuchten zu schaffen, welche eine individuelle
Überwachung der Funktion ermöglicht und die Voraussetzungen
für eine gezielte und wirtschaftlichere Wartung
schafft.
Diese Aufgabe wird bei einem System zur Überwachung von Außenleuchten
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen System sind alle zu überwachenden
Außenleuchten mit einem Datenmodul ausgestattet, das wenigstens
einen Überwachungssensor und einen Datensender umfaßt.
Der Datensender dient zur Übertragung von Daten der überwachten
Zustände an eine zentrale Auswertevorrichtung. Dazu werden
Daten als Datentelegramme im Basisband über eine Datenader
übertragen. Unter Datenübertragung im Basisband wird
verstanden, daß ohne Aufmodulation auf eine Trägerfrequenz
binäre Daten durch zwei unterschiedliche Spannungspotentiale
über eine Leitung übertragen werden. Die Spannungspotentiale
können dabei 0 Volt und eine Nennspannung von etwa 20 bis 30
Volt oder auch zwei Nennspannungen von + bzw. - 20 bis 30
Volt symmetrisch zum Nullpotentials sein. Die Datenübertragung
im Basisband ermöglicht, bei geringer Sendeleistung störungsfrei
große Entfernungen zu überbrücken, wie sie bei einem
ausgedehnten Leitungsnetz für Außenleuchten vorkommen
können.
Die Datenübertragung ist allerdings nicht über die gerade zur
Energieversorgung dienende Ader des Kabels möglich, sondern
benötigt eine freie, nicht zur Energieversorgung nötige Ader.
Hierbei kann es sich um eine zusätzliche, im Kabel ohnehin
vorhandene Ader handeln, oder es kann auch wahlweise eine
Ader sein, die im konventionellen Betrieb für eine Sparbeleuchtung
dient, wenn gerade die andere Ader für eine Beleuchtung
mit voller Leistung benutzt wird oder umgekehrt.
Bei üblichen Außenleuchten ist dies häufig der Fall, wobei
beide Adern an Netzspannungspotential schaltbar sind, die eine
aber direkt an das Vorschaltgerät für die Lampe angeschlossen
ist, während die andere über eine Anzapfung einer
Drossel oder über einen Spartransformator an das Vorschaltgerät
für die Lampe angeschlossen ist.
Auf der Übertragungsstrecke zwischen den Datenmodulen untereinander
und/oder zischen den Datenmodulen einerseits und der
zentralen Auswertevorrichtung andererseits können Router angeordnet
sein, an die die Datenadern angeschlossen sind. Die
ausgesendeten und empfangenen Datentelegramme sind routerfähig.
Diese Maßnahme ermöglicht es, größere Entfernungen bei
gleichbleibender Übertragungsgeschwindigkeit und Datensicherheit
zu überbrücken und auch andere Übertragungsmedien zwischenzuschalten.
Dabei kann auch eine Regenerierung der Daten
stattfinden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann ein Sparbetrieb
auf andere Weise realisiert werden als durch die Spannungsversorgung
über diese zusätzliche Ader, so daß die zusätzliche
Ader dann für andere Zwecke, im vorliegenden Fall also
für eine Datenübertragung frei wäre.
Mit Hilfe der Datenader läßt sich ein Datenbus bilden, an den
eine Vielzahl von Datensendern von Datenmodulen anschließbar
ist. Wenn die Außenleuchten auf diese Weise zentral überwacht
werden, läßt sich ein Ausfall der Lampen unmittelbar und eindeutig
feststellen, gezielt lokalisieren und unverzüglich beheben.
Somit erübrigt es sich, sämtliche Lampen in Wartungszyklen
prophylaktisch auszutauschen.
Gemäß einer Weiterbildung können die Datenmodule zusätzlich
jeweils einen Datenempfänger und eine interne Auswerte- und
Steuerschaltung umfassen, und die Auswerte- und Steuerschaltung
kann mit dem Datensender, dem Datenempfänger und dem
Überwachungssensor verbunden sein.
Mittels des Datenempfängers ist eine Überwachung der Aussendungen
der Datensender der anderen Datenmodule möglich. Diese
Überwachung ist für eine Kollisionsvermeidung sinnvoll. Der
Datensender wird nur dann veranlaßt, Datentelegramme auszusenden,
wenn keine anderen Datentelegramme auf der Datenader
erkannt werden. Durch eine gegenseitige Kontrolle wird sichergestellt,
daß alle Datentelegramme nacheinander übertragen
werden können und so die maximal mögliche Übertragungskapazität
nahezu genutzt werden kann. Das Vorhandensein eines
Datenempfängers und einer internen Auswerte- und Steuerschaltung
bietet darüber hinaus auch die Voraussetzungen, Kommandos
zu empfangen und auszuwerten, die von externer Seite an
das betreffende Datenmodul gerichtet sind.
Eine Weiterbildung sieht deshalb vor, daß die zentrale Auswertevorrichtung
einen Datensender umfaßt, der an die Datenader
angeschlossen ist.
Dadurch läßt sich die zentrale Auswertevorrichtung auch als
Eingabeterminal verwenden, um Kommandos an die einzelnen Datenmodule
zu übermitteln, zum Beispiel um spezielle Abfragen
von Zuständen zu veranlassen, oder um die Datenmodule zu programmieren.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, auch
Steuerkommandos an die Datenmodule zu übermitteln.
Um diese Option praktisch nutzen zu können, sieht eine weitere
Ausgestaltung vor, daß die Datenmodule zusätzlich jeweils
wenigstens einen Aktor umfassen.
Mit diesem Aktor oder diesen Aktoren können Schaltvorgänge
ausgelöst werden, die zum Beispiel den Betrieb der Lampe der
Außenleuchte betreffen. So wäre es möglich, die zur Energieversorgung
dienende Ader ständig auf Betriebspotential zu
halten und die Lampe bei Bedarf über den Aktor des Datenmoduls
ein- und auszuschalten. Darüber hinaus kann auch vorgesehen
sein, die Leistungsaufnahme und damit die Helligkeit
umzuschalten oder die Lampe zu dimmen. Weiterhin können einzelne
Leuchten eines Straßenzuges, z. B. in einem eng bebauten
Bereich, bei Dämmerung früher und länger betrieben werden
als die zu demselben Straßenzug gehörenden Leuchten bei lockerer
oder fehlender Bebauung. Auch ist es möglich, benachbarte
Verbraucher, z. B. Werbe- oder Hinweisschilder aus derselben
Ader zu speisen, aber unabhängig ein- und auszuschalten.
All diese Betriebszustände können ausschließlich vom Aktor
des Datenmoduls gesteuert werden und es ist nicht mehr
erforderlich, über gesonderte Adern des Versorgungskabels die
benötigten Spannungen schaltbar bereitzustellen. Außerdem
lassen sich alle Datenmodule individuell steuern.
Der Überwachungssensor kann als optischer Sensor und/oder
thermischer Sensor und/oder elektrischer Strom-Spannungs-Leistungssensor
für die Lampe und/oder das Schaltgerät der
Außenleuchte ausgebildet sein. Ist der Überwachungssensor als
optischer Sensor ausgebildet, läßt sich die Helligkeit der
Lampe überprüfen. Dies kann einerseits ein unmittelbares Kriterium
für die Funktion der Lampe sein, zum anderen kann
hieraus in Verbindung mit einer für die Leistungsaufnahme
charakteristischen Größe auch der Wirkungsgrad ermittelt werden.
Über einen thermischen Sensor ist mittelbar auch die Beleuchtungsstärke
meßbar, darüber hinaus jedoch zusätzlich
auch thermische Verluste in Anlagenteilen der Außenleuchte.
Die elektrischen Werte ermöglichen einerseits die Bestimmung
der elektrischen Leistungsaufnahme der Lampe und/oder des
Schaltgerätes, aber auch eventuelle Störungen im Schaltgerät
oder im Anschlußkabel. Als Beispiel sei hier der Ausfall eines
Kompensationskondensators für die Drossel des Schaltgerätes
genannt, der über eine Cosinus-Phi-Messung ermittelt werden
kann. Dieser Ausfall würde zwar nicht die Funktion der
Lampe beeinträchtigen, wohl aber den Wirkungsgrad verschlechtern
und die Energiekosten erhöhen. In Kombination mit einem
optischen und/oder einem thermischen Sensor ist darüber hinaus
eine Ermittlung des Wirkungsgrades der Lampe selbst möglich.
Der Aktor kann als Ein-/Ausschalter und/oder Umschalter
und/oder Dimmer für die Lampe und/oder das Schaltgerät der
Außenleuchte ausgebildet sein.
Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß über den Aktor ohne
zusätzliche Ader im Anschlußkabel der Schaltzustand der Außenleuchte
sowie deren Helligkeit individuell gesteuert werden
kann.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Außenleuchten
durch Auswertung von Helligkeit und elektrischer Leistungsaufnahme
auf ihrem Wirkungsgrad überwacht werden und
die Ergebnisse in einer Datenbank verknüpft mit dem Überwachungszeitpunkt
gespeichert werden.
Diese Maßnahme ermöglicht eine individuelle Überwachung aller
Außenleuchten hinsichtlich der Lebensdauer der Lampen, der
Ausfallzeiten und gestattet darüber hinaus auch eine statistische
Auswertung und eine Prognose.
Weiterhin ist vorgesehen, daß aus einer Meßwertreihe der Helligkeiten
und des Wirkungsgrades die voraussichtliche Restlebensdauer
der Lampen der Außenleuchten hochgerechnet wird.
Dadurch lassen sich gezielt Wartungszeitpunkte vorausberechnen,
Ersatzteile in der gerade erforderlichen, aber ausreichenden
Menge beschaffen und der Zeitpunkt planen, in denen
Wartungsmaßnahmen nach Gesichtspunkten einer wirtschaftlichen
Kosten-Nutzen-Optimierung durchgeführt werden.
Es kann vorgesehen sein, daß aus den gespeicherten und/oder
hochgerechneten Werten der Datenbank ein Inspektionsplan generiert
und gespeichert wird, in dem die Außenleuchten angegeben
sind, deren Lampen im Rahmen einer Inspektion zu ersetzen
sind.
Diese Maßnahme ermöglicht es, aufgrund der vorhandenen Datenbasis
automatisch und damit besonders wirtschaftlich einen
Inspektionsplan zu erzeugen, so daß auf kostengünstige Weise
die erforderlichen Lampen ausgetauscht werden, ohne daß dadurch
die Sicherheit des Betriebs der Außenleuchten beeinträchtigt
wird.
Eine zusätzliche Weiterbildung sieht vor, daß im Inspektionsplan
die Reihenfolge festgelegt wird, in der die Inspektion
der einzelnen Außenleuchten durchzuführen ist.
Diese Vorgehensweise ermöglicht auch bei der Durchführung der
Wartungsarbeiten eine Optimierung, da hierdurch auch die Anfahrtswege
und damit die Fahrtkosten und die Zeit, die von
einem Einsatzort zum nächsten benötigt wird, insgesamt auf
ein Minimum reduziert werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner ein Datenmodul mit einem Überwachungssensor
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Diesbezüglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Datenmodul zu schaffen, welches eine zusätzliche Anwendungsmöglichkeit
im Bereich der Überwachung von Außenleuchten bei
unverändertem Installationsnetz bietet.
Diese Aufgabe wird bei einem Datenmodul nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 12 durch die Merkmale dieses Anspruchs gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Bei der Erfindung wird das Datenmodul zur Überwachung von Außenleuchten
verwendet, in dem als Datenader eine freie, nicht
zur Energieversorgung der Außenleuchten dienende Ader des Anschlußkabels
der Leuchte verwendet wird. Dies wird dadurch
ermöglicht, daß Außenleuchten, insbesondere Leuchten für
Straßen und Plätze, häufig mit zwei Adern im Anschlußkabel
ausgestattet sind, die Spannungspotential führen können. Eine
Ader dient zur Speisung für maximale Helligkeit und die andere
für die Speisung bei reduzierter Helligkeit. Das bedeutet,
daß stets eine Ader nicht zur Energieversorgung benötigt wird
und somit als Datenader verwendet werden kann. Es muß nicht
stets dieselbe Ader verwendet werden, sondern es kann die Datenader
auch gewechselt werden.
Durch die Einführung der erfindungsgemäßen Technologie besteht
aber darüber hinaus auch die Möglichkeit, daß auf eine
Umschaltung der Helligkeit durch wahlweise Beaufschlagung der
unterschiedlichen Datenadern mit Spannung verzichtet werden
kann, wenn das Datenmodul auch zur Steuerung verwendet wird.
Gemäß einer Weiterbildung umfaßt das Datenmodul zusätzlich
einen Datenempfänger und eine interne Auswerte- und Steuerschaltung.
Die Auswerte- und Steuerschaltung ist mit dein Datensender,
dem Datenempfänger und dem Überwachungssensor verbunden.
Der Datenempfänger und die interne Auswerte- und
Steuerschaltung dienen zumindest zur Überwachung der Datentelegramme
anderer Datenmodule auf der Datenader zur Überwachung
auf Kollision und Steuerung einer kollisionfreien
Aussendung des Datensenders.
Damit wird sichergestellt, daß keine unnötige Zeit belegt
wird, in der mehrere Datenmodule gleichzeitig ihre Datentelegramme
aussenden. Vielmehr wird erreicht, daß die Datentelegramme
der einzelnen Datenmodule kollisionsfrei nacheinander
gesendet werden, so daß die auf der Datenleitung maximal mögliche
Datenrate nahezu genutzt werden kann.
Zusätzlich kann das Datenmodul einen Aktor umfassen, der zu
einer Schaltung oder Steuerung der Lampe oder des Schaltgerä-tes
der Außenleuchte verwendet wird.
Hierdurch läßt sich jedes Datenmodul aktiv steuern, so zum
Beispiel die Helligkeit oder das Ein- und Ausschalten der
Lampe beziehungsweise des Steuergerätes nach Kommandos eines
zentralen Steuergerätes.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.
Die Zeichnung zeigt ein Prinzipschaltbild eines Installationsnetzes
für eine Straßenbeleuchtung mit einem erfindungsgemäßen
System.
Die einzelnen Außenleuchten einer Straßenbeleuchtung sind an
ein vieradriges Installationskabel angeschlossen, dessen eine
Ader Null-Potential führt, dessen zwei andere Adern ursprünglich
wahlweise an Netzpotential anschließbar waren, um sämtliche
zu demselben Stromkreis gehörenden Außenleuchten entweder
auf volle Helligkeit oder auf reduzierte Helligkeit zu
schalten und dessen vierte Ader als Schutzleiter dient. Diese
vierte Ader ist nur aus Gründen der Sicherheit vorgesehen und
daher für die Energieversorgung und Steuerung ohne Bedeutung.
Von den genannten drei Adern, die für die Energieversorgung
oder Steuerung dienen, ist bei der Erfindung nur noch eine
mit Netzpotential beaufschlagt. Die andere Ader dient als Datenader
für das erfindungsgemäße System.
Jede Außenleuchte ist mit einem Datenmodul ausgestattet, das
intern eine Auswerte- und Steuerschaltung, einen Datenempfänger,
einen Datensender, einen Überwachungssensor und einen
Aktor umfaßt. Außerdem ist eine zentrale Auswerte- und Steuerschaltung
vorgesehen, die von den Datenmodulen übermittelte
Daten auswertet und speichert, beziehungsweise ein Reihe gespeicherter
Daten auswerten kann, und die ebenfalls in der
Lage ist, Kommandos individuell zu den einzelnen Datenmodulen
zu übertragen.
Die Datenmodule sind einerseits an die Null-Potential und
Netzpotential führende Ader angeschlossen, über die sie mit
Versorgungsspannung versorgt werden, und zum anderen an die
Datenader. Die Datenader ist hierbei mit dem Datensender und
dem Datenempfänger verbunden. Entsprechendes gilt auch für
die Auswerte- und Steuerschaltung, die ebenfalls einen Datenempfänger
und einen Datensender umfaßt, die an dieselbe
Datenader angeschlossen sind. Die Datenader wirkt als Datenbus
und über sie können Datentelegramme im Basisband ausgetauscht
werden. Dazu werden binäre Spannungsfolgen, die zwischen
etwa 30 Volt und 0 Volt wechseln, in die Datenader eingespeist.
Diese Datentelegramme können die Adresse des Absenders,
also zum Beispiel eines anderen Datenmoduls oder der
zentralen Auswertevorrichtung beinhalten, die Adresse des
Ziels, eine Prüfsumme sowie Infos und Daten. Dabei ist es
möglich, die Länge der Datentelegramme dynamisch anzupassen.
Durch die Übertragung im Basisband, also ohne hochfrequenten
Träger, gilt die Übertragung als NF-Übertragung und bedarf
keiner Zulassung durch die Regulierungsbehörde für Post- und
Telekommunikation. Darüber hinaus wird eine störungsfreie Datenübermittlung
gewährleistet, da auf der Datenleitung sonst
keine anderen Signale übertragen werden und so eine gute Entkopplung
gegeben ist. Durch die Verwendung einer niedrigen
Übertragungsfrequenz sind auch keine hochfrequenten Beeinflussungen
benachbarter Geräte zu erwarten. Darüber hinaus
tritt nur eine geringfügige Dämpfung ein, so daß bei vorhandenen
Installationskabeln große Entfernungen überbrückt werden
können.
Wenn die Datenader nicht zu einer mit Personal besetzten Zentrale
geführt werden kann, ist es auch möglich, die zentrale
Auswertevorrichtung oder mehrere zentrale Auswertevorrichtungen
in einer Steuer- und Schaltzentrale unterzubringen, in
der die Außenleuchten bisher gesteuert wurden. Die Datenübertragung
zur Zentralverwaltung kann dann über übliche Telekommunikationseinrichtungen
erfolgen.
Mittels der Datenmodule können über Kommandos, die von der
zentralen Auswertevorrichtung gesendet werden, die Außenleuchten
individuell ein- und ausgeschaltet werden. Auch ist
es möglich, bei entsprechender Ausstattung die Außenleuchten
mit verminderter Helligkeit, also in einer Energiesparstufe
zu betreiben oder zu dimmen. Dabei können die Außenleuchten
gemeinsam, in Gruppen oder einzeln unterschiedlich gesteuert
werden. Darüber hinaus erfolgt über die Helligkeitssensoren
der Datenmodule eine Erfassung der Helligkeit der einzelnen
Lampen und Übertragung dieser Werte zur zentralen Auswertevorrichtung.
Ferner erfolgt auch eine Erfassung der Leistungsaufnahme
der einzelnen Lampen. Aus diesen Werten werden
Wirkungsgrade der einzelnen Lampen ermittelt und in einer Datenbank
gespeichert.
Bei üblichen Außenleuchten mit Gasentladungslampen sinkt gegen
Ende der Lebensdauer die Helligkeit trotz gleichbleibender
oder sogar steigender elektrischer Leistungsaufnahme ab.
Durch Auswertung aufeinanderfolgender gespeicherter Werte der
Wirkungsgrade läßt sich so das voraussichtliche Ende der Lebensdauer
ermitteln. Dieses Ende der Lebensdauer muß nicht
unbedingt mit einem Totalausfall der Lampe zusammentreffen.
Vielmehr kann auch die im Vergleich zur Lichtausbeute erhöhte
Leistungsaufnahme als ein wirtschaftliches Ende der Lebensdauer
betrachtet werden, ab der ein Austausch gegen eine neue
Lampe kostengünstiger ist.
Diese Werte werden nun automatisch ausgewertet und aus den
Werten wird ein Zeitpunkt errechnet, zu dem ein Austausch erforderlich
ist, beziehungsweise sich der Material- und Arbeitslohnaufwand
für einen Austausch wirtschaftlich rentiert.
Aufgrund der Hochrechnung können dann rechtzeitig die nötige
Anzahl von Lampen beim Hersteller geordert werden, und daraufhin
kann die kostengünstigste Route ermittelt werden, die
ein Servicetechniker für den Austausch der Lampen bei möglichst
geringem Zeit- und Fahrtaufwand benötigt.