ES2251751T3 - Procedimiento e instalacion para hacer funcionar y vigilar consumidores electricos de funcionamiento discontinuo a traves de sus conducciones de abastecimiento. - Google Patents

Abstract

UNA INSTALACION PARA OPERACION DE MULTIPLES CONSUMIDORES (4) DISPUESTOS DE FORMA DISTRIBUIDA, POR EJEMPLO UNA INSTALACION (1) DE ILUMINACION DE UNA VIA, MUESTRA UN MODULO (5) MAESTRO CENTRAL, DONDE CADA CONSUMIDOR (4) MUESTRA UN MODULO (12) ESCLAVO. EL MODULO MAESTRO SIRVE PARA LA PROGRAMACION DEL MODULO (12) ESCLAVO, Y CONTROLA INDEPENDIENTEMENTE DE ACUERDO CON LA PROGRAMACION CORRESPONDIENTE LOS CONSUMIDORES (4) INDIVIDUALES. LA PROGRAMACION DEL MODULO (12) ESCLAVO RESULTA EN LA PAUSA DE OPERACION CON LOS CONSUMIDORES (4) DESCONECTADOS A TRAVES DE LA MODULACION DE LA TENSION DE CAMBIO DE OPERACION. LA MODULACION CONTIENE CON PREFERENCIA LA SUPRESION DE SEMIONDAS INDIVIDUALES O MULTIPLES PARA LA CARACTERIZACION DE UN VALOR BINARIO DURANTE UNA DURACION MENOR O LA DURACION DE UN SEMICICLO NO CAMBIADO DE OTRO VALOR BINARIO CARACTERISTICO. SOBRE SEMICICLO SUPRIMIDOS DE ECOS, RESULTA CON PREFERENCIA UN PERIODO DE COMPLEMENTACION SIN CONTENIDO DE INFORMACION, QUE SIRVE PARA MANTENER LA TENSION DE OPERACION Y PARA PERMITIR LA SINCRONIZACION DEL MODULO ESCLAVO (12).

Description

Procedimiento e instalación para hacer funcionar y vigilar consumidores eléctricos de funcionamiento discontinuo a través de sus conducciones de abastecimiento.

La invención se refiere tanto a un procedimiento como a una instalación o respectivamente una disposición de circuitos, con el o con la que se pueden controlar y vigilar consumidores de funcionamiento discontinuo, en particular dispositivos de alumbrado. La invención es aplicable en particular para instalaciones de alumbrado público de ciudades o de calles, en las que existen períodos de tiempo que se repiten diariamente, en los cuales todos los consumidores, en particular todas las instalaciones de alumbrado, están desconectados.

A las instalaciones de alumbrado público pertenecen por lo general relativamente muchas luminarias individuales, que están dispuestas en diferentes lugares de la ciudad. Dependiendo del lugar de situación se tienen por lo general diferentes requerimientos desde del punto de vista de la luminosidad así como del desarrollo de la luminosidad durante el tiempo de iluminación. Por ejemplo, en zonas de viviendas puede ser efectivamente deseado disminuir la luminosidad del alumbrado público en determinados períodos de tiempo, por ejemplo después de medianoche. Por el contrario, en cruces con mucho tráfico o en otra clase de lugares puede ser muy conveniente hacer funcionar el alumbrado siempre a plena potencia. Además, puede haber zonas en las que el alumbrado sólo debe funcionar en períodos de tiempo acortados o limitados.

Es deseable por tanto poder controlar las lámparas de un alumbrado público en correspondencia con los requerimientos especiales. Sin embargo, las redes de conducción existentes por lo general no tienen esto en cuenta. El alumbrado público se subdivide en zonas más o menos grandes, que son conectadas y desconectadas por un puesto de mando central o por un interruptor automático. Los consumidores (luminarias) individuales están conectados en paralelo entre sí a las conducciones de red de abastecimiento. Con la conmutación de un circuito se conectan o desconectan por tanto simultáneamente todos los consumidores. No existen por lo general, en particular en instalaciones antiguas, conducciones de control separadas con las que consumidores individuales puedan ser llamados individualmente.

Según el documento DE 706 270 es conocido un procedimiento para transmitir información a consumidores a través de conducciones de la red. Para conseguir esto, se varía la forma de la curva de la tensión de la red. En su caso se suprimen semiondas completas de la tensión de la red.

Los alumbrados públicos contienen por lo general lámparas de descarga, que se apagan ya al faltar una única semionda de la tensión de la red. Tras su apagado, las lámparas de descarga precisan por lo general algunos minutos, hasta que son encendidas de nuevo y lucen con plena potencia. No se puede aceptar sin embargo el apagado transitorio de los alumbrados públicos.

Otra problemática en el caso de instalaciones eléctricas extensas, en particular de alumbrado público, se encuentra en el comportamiento mixto óhmico-inductivo-capacitivo de la red. Los largos tramos de cables representan capacidades importantes, mientras que la carga es generalmente mixta óhmico-inductiva. Si en el punto de alimentación, en el que se alimenta potencia a la red, se suprimen semiondas de tensión, el desarrollo de la tensión en cada consumidor individual no se puede predecir de forma precisa y homogénea. Se pueden producir por tanto problemas con la seguridad de transmisión de los datos.

Según el documento DE 44 13 513 A1 son conocidos un procedimiento y un dispositivo para el control y la vigilancia de consumidores eléctricos en redes de corriente continua. La fuente de alimentación prevista para la alimentación de la red de corriente continua presenta en el lado de salida interruptores electrónicos, con los que se puede interrumpir por breve tiempo el suministro de tensión al consumidor. Mediante una sucesión de breves interrupciones de tensión se comunica al consumidor deseado, que acción debe realizar éste. Si el consumidor es un motor de pasos, se comunica al mismo el número de pasos a realizar, que éste realiza a continuación tras finalizar las interrupciones de tensión.

Este principio tiene sus límites, si el final del funcionamiento o la acción del consumidor no son todavía previsibles en el instante de su programación, y se impide una transmisión de información adicional durante el funcionamiento del consumidor. Por ejemplo, por lo general no se puede predecir con precisión, cuándo hay que desconectar un alumbrado público. Esto depende de las condiciones de iluminación, que oscilan en función del tiempo atmosférico.

Según el documento DE-A-41 36 673 es conocido un interruptor luminoso con un generador de impulsos, al que pueden estar asociados varias lámparas o grupos de lámparas. Las lámparas o los grupos de lámparas contienen módulos electrónicos, que cuentan el número de impulsos que proporciona el generador de impulsos inmediatamente tras la conexión, para en función del número de impulsos activar una lámpara o un grupo de lámparas elegido. La transmisión de señales se efectúa en cada caso al conectar una lámpara o un grupo de lámparas deseado, a saber, aún cuando ya otras lámparas o grupos de lámparas estén encendidos. Esta forma de selección de lámparas para su conexión y desconexión no es apropiada para instalaciones de alumbrado, que contienen lámparas de descarga de gas a alta presión. Los impulsos suprimidos conducirían aquí al apagado de lámparas de descarga de gas a alta presión ya encendidas.

El documento EP-A-0 038 877 publica también la transmisión de datos durante el funcionamiento de una lámpara. Para ello se suprimen partes de una semionda o semiondas completas o bien trenes de ondas. Dentro de estas interrupciones de tensión así generadas se transmiten informaciones, por ejemplo por medio de una señal de alta frecuencia.

Por lo demás, el documento US-A-5 107 184 publica el control de un aparato de interconexión en serie de lámparas en relación con la luminosidad de la lámpara mediante supresión de impulsos de la tensión de funcionamiento. Este procedimiento no es apropiado para el control de lámparas de descarga de gas a alta presión, porque éstas reaccionan de modo sensible ante oscilaciones o interrupciones de la tensión.

El documento WO-A-97/06655 publica un aparato de interconexión en serie, que puede ser atenuado o influido de otro modo durante el funcionamiento mediante la influencia sobre semiondas individuales. Esto se aprecia también en el documento US-A-4 348 582.

A partir de aquí, el problema de la invención es obtener un procedimiento y respectivamente una disposición de circuitos, con los que los consumidores puedan ser controlados a distancia o programados a distancia sin tener que recurrir a conducciones de transmisión de señales separadas.

Este problema se resuelve con el procedimiento según la reivindicación 1 así como con la instalación según la reivindicación 7.

En el procedimiento según la invención, la transmisión de información se efectúa a través de las conducciones mediante las cuales se transmite la potencia de funcionamiento (tensión alterna de funcionamiento) a los consumidores individuales en la red. La transmisión de información a los consumidores o bien a receptores especiales allí dispuestos, también llamados módulos esclavos, se limita a períodos de tiempo en los cuales todos los consumidores están desconectados o pueden ser desconectados. Estos períodos de tiempo, llamados también pausas de funcionamiento, son por ejemplo en el caso de alumbrados públicos tiempos diurnos, durante los cuales la iluminación natural existente no requiere con seguridad iluminación artificial adicional alguna. Se garantiza además, mediante medidas técnicas de circuitos apropiadas, que la transmisión de información de instalaciones de alumbrado de funcionamiento permanente, por ejemplo alumbrado de túneles o vías subterráneas, se mantenga por separado y a distancia.

La limitación de la transmisión de información exclusivamente a pausas de funcionamiento permite el funcionamiento seguro, exento de titileo y centelleo, de luminarias individuales. Se garantiza en particular que la tensión de la red se aplica con su valor requerido, continuamente, a los consumidores individuales. Se impide así que éstos se apaguen de modo imprevisto y hayan de ser encendidos de nuevo, lo que conduce a un fallo temporal de la luminaria en cuestión.

La limitación de la transmisión de información a pausas de funcionamiento permite por otra parte la codificación de la información a transmitir mediante debilitación o supresión de semiondas individuales o de grupos de semiondas. La red se encuentra durante este período de tiempo esencialmente funcionando en vacío. Los consumidores, que representan por lo general una carga mixta óhmico-inductiva, están desconectados. Por tanto, las condiciones de tensión resultan relativamente bien vigilables incluso en redes extensas, y la supresión de semiondas o períodos individuales de tensión se puede efectuar con poca potencia.

La información es transmitida preferentemente como señal binaria, caracterizándose un valor binario por ejemplo mediante una o más semiondas de tensión debilitada, y otro valor binario mediante una o más semiondas de tensión invariadas. Ha resultado ventajoso aquí suprimir por ejemplo un número impar de semiondas de tensión, preferentemente una sola, emitiéndose tras cada supresión un número par de semiondas invariadas. Además, el otro valor binario respectivo está caracterizado entonces preferentemente también mediante un número par de semiondas de tensión. Esto conduce a que las semiondas de tensión suprimidas alternen siempre en su polaridad. Para una sucesión binaria cualquiera, se consigue que las semiondas de tensión suprimidas que caracterizan un valor binario determinado (las mismas caracterizan bien cero o uno) sean alternativamente positivas y negativas. De esta manera se suprimen fracciones de tensión continua en la red. Preferentemente, en todo caso el número de semiondas de tensión modificadas para un valor binario es menor en uno que el número de semiondas de tensión no modificadas para el otro valor binario.

Aun cuando también es posible influir solamente de modo gradual sobre los valores de tensión de las semiondas para caracterizar determinados valores binarios, se considera ventajoso suprimir totalmente semiondas de tensión para un valor binario, mientras que las semiondas de tensión del otro valor binario se dejan sin variación. La codificación de la información se puede conseguir de esta manera fácilmente mediante interruptores electrónicos situados en la conducción.

Por parte del consumidor, en cuanto el consumidor en cuestión no está conectado, se vigila la tensión de la red en búsqueda de semiondas suprimidas. Para la detección de semiondas suprimidas o debilitadas están fijadas ventanas de tensión y de tiempo. La ventana de tensión y de tiempo está situada preferentemente en un período de tiempo en el que se puede detectar óptimamente el efecto de la influencia sobre, en particular supresión de, la semionda de la tensión alterna de la red. Para ello, la ventana de tiempo está situada preferentemente inmediatamente tras el próximo valor de cima a esperar de la tensión de la red. Estas ventanas de tiempo se pueden detectar con ayuda de los pasos por cero de la tensión, de la tensión alterna de la red. Sin embargo, en redes capacitivas, pasos por cero individuales pueden faltar o estar muy retrasados. Esto es válido en particular para pasos por cero de períodos de tensión suprimidos. En este caso se considera como instante de paso por cero preferentemente el instante para el que sería de esperar el paso por cero. Los pasos por cero se pueden producir con un generador, que es sincronizado por los pasos por cero realmente existentes. Este generador puede estar realizado según la técnica de soporte lógico (software) en un microprocesador.

En una forma de realización preferente, se transmiten a por lo menos algunos consumidores instantes de conexión y otras informaciones, como por ejemplo instantes en los que la potencia se debe reducir o aumentar, o instantes de desconexión intermedia y de reconexión, pero no instantes de desconexión final. El alumbrado trabaja pues en caso de oscuridad de modo controlado por tiempo (controlado por programa), mientras que el comienzo y el final de todo el ciclo de alumbrado se efectúa de modo controlado por la luz ambiente (controlado por eventos). De este modo se impide que un alumbrado sea desconectado de modo controlado por programa, aunque la luminosidad natural no sea suficiente, por ejemplo debido a fuerte nubosidad. La desconexión de todos los consumidores se puede efectuar por ejemplo simplemente mediante desconexión de la tensión alterna de la red. El control de los consumidores (lámparas) se efectúa por tanto de forma mixta mediante información transmitida y mediante desconexión de la potencia transmitida.

La instalación está preferentemente subdividida jerárquicamente. Para ello, están asociadas varias direcciones a consumidores individuales. En esta forma de realización, cada consumidor presenta una dirección individual, por medio de la cual puede ser llamado individualmente. Además, pueden estar asociadas direcciones de grupos a grupos de consumidores, con las cuales los consumidores pueden ser llamados como grupo. Finalmente, preferentemente los consumidores pueden ser llamados en conjunto mediante una dirección común, por ejemplo para poder conectar todos los consumidores al mismo tiempo o para poder transmitir una misma información a todos los consumidores. Se reduce con ello notablemente el coste para la transmisión de información. Por ejemplo, todos los consumidores que presentan un mismo tiempo de conexión y desconexión, así como otras condiciones iguales, se pueden reunir para formar un grupo. Esto es válido por ejemplo para la iluminación de una plaza, de un pasillo de centro comercial, de un tramo de calle o de un cruce o bien de varios cruces.

Además de la conexión y desconexión definidas así como de la reducción de potencia, es posible una comprobación funcional de consumidores conectados (por ejemplo, lámparas de descarga de gas a alta presión). Se puede vigilar y protocolizar la capacidad funcional. Con la capacidad de control exacto de la instalación de alumbrado se pueden conseguir importantes ahorros de energía y por tanto finalmente también una reducción de las emisiones de CO_{2}. Mediante la vigilancia de la capacidad funcional de las luminarias es posible además aumentar la seguridad en el campo del tráfico y reducir el coste asociado a los trabajos de mantenimiento por turnos.

En la instalación según la invención se emiten en una red en forma de estrella, a partir de un módulo maestro, señales de control a través de las conducciones de la red existente a módulos esclavos, que existen en todos los consumidores. Los consumidores pueden ser direccionados de modo unidireccional por el módulo maestro, mediante direcciones individuales y de grupo. La transmisión de información se efectúa preferentemente mediante supresión o variación de semiondas durante períodos de tiempo seleccionados, en particular durante pausas de funcionamiento.

Otros detalles de formas de realización preferentes de la invención son objeto de reivindicaciones subordinadas y se deducen de los dibujos y/o de la descripción que sigue.

En los dibujos se representa un ejemplo de realización de la invención. Muestran:

Fig. 1 una estructura básica de una red en forma de estrella con un módulo maestro y varios consumidores, en representación esquemática fragmentaria,

Fig. 2 la instalación según Fig. 1, con ayuda de su jerarquía de comandos, en un diagrama de bloques,

Fig. 3 la instalación según Fig. 1, con un módulo maestro y un módulo esclavo, en representación fragmentaria como diagrama de bloques,

Fig. 4 la instalación según Fig. 3, en una forma de realización modificada,

Fig. 5 un módulo esclavo, en representación de principio fragmentaria simplificada,

Fig. 6 un esquema de control para diferentes grupos de consumidores, representado como diagrama,

Fig. 7 un perfil de iluminación, tal como es de esperar con ayuda de datos existentes y tal como puede producirse realmente debido a condiciones concretas, en representación esquemática,

Fig. 8 la codificación de una sucesión de bits mediante modulación de una tensión alterna de la red, en diagramas esquemáticos,

Fig. 9 una forma modificada de codificación de una sucesión de bits mediante modulación de la tensión alterna de la red, en representación esquemática en forma de diagramas,

Fig. 10 las relaciones de tensión en un módulo esclavo en caso de una semionda suprimida y red inductiva, y

Fig. 11 las relaciones de tensión en un módulo esclavo en caso de red capacitiva.

En Fig. 1 se representa esquemáticamente una instalación de alumbrado 1, a la que pertenece una red de conducción trifásica 2. Ésta es alimentada desde una fuente de alimentación de potencia 3 no representada en detalle, por ejemplo una estación transformadora, a través de un módulo maestro 5 que sirve para la conmutación de luminarias 4. Al módulo maestro pertenece una unidad de conmutación 6, que es controlada por una unidad de control 7. La unidad de conmutación 6 contiene para ello válvulas o interruptores controlables electrónicamente, por ejemplo triacs, que pueden conmutar semiondas individuales.

Los consumidores 4 están conectados a conducciones individuales 8, 9, 10 de la red de conducción trifásica 2, por ejemplo respecto a un conductor neutro N. A cada consumidor 4 está interconectado en serie un módulo esclavo respectivo 12, que está conectado a su vez a una de las conducciones de fase L1*, L2*, L3*, que son controladas mediante la unidad de conmutación 6. Las conducciones de fase L1*, L2*, L3* conducen tensión alterna de funcionamiento y alimentan con ella a los módulos esclavos 12. Las mismas portan también informaciones, que son leídas por los módulos esclavos 12 y que pueden conducir al menos a la conexión de los consumidores 4.

En Fig. 2 se aprecia la ordenación jerárquica de la instalación 1. El módulo maestro 5 envía a través de las conducciones de fase L1*, L2*, L3* informaciones sincrónicas de la red a los módulos esclavos 12, que pueden presentar diferentes direcciones individuales. Los módulos esclavos 12 no pueden sin embargo devolver información alguna, por lo que tanto el flujo de información como el flujo de energía son unidireccionales.

La dirección individual de cada módulo esclavo está determinada por hardware (equipo físico). La dirección individual puede además ser ajustable mediante puentes de hilo o interruptores, o estar depositada en una memoria electrónica.

Las direcciones de grupos, que están asociadas a grupos de módulos esclavos seleccionados, son direcciones de software (soporte lógico), que son preferentemente programables, en caso necesario incluso programables a distancia. En caso necesario, tanto las direcciones de grupos como las direcciones individuales pueden ser también ajustadas o fijadas por hardware. Es sin embargo más ventajoso fijar las mismas mediante programación de los módulos esclavos individuales, por lo que tras el montaje e instalación de la instalación de alumbrado 1, sin intervención manual sobre módulos esclavos individuales 12, se puede asociar a éstos una dirección de software. Los mismos pueden ser llamados con ayuda de sus direcciones individuales, tras lo cual se puede comunicar la dirección de software.

Existe adicionalmente una dirección de comando fija, con la que pueden ser llamados simultáneamente todos los módulos esclavos 12.

En Fig. 3 se representan por separado el módulo maestro 5 y un módulo esclavo 12. El módulo maestro 5 está unido por el lado de entrada con una red de alimentación de corriente alterna o trifásica N, L1, L2, L3, y a través de ésta con la fuente de alimentación de energía 3 (Fig. 1). El módulo maestro 5 está unido por el lado de salida, a través de la red de conducción N, L1*, L2*, L3*, con entradas de los módulos esclavos 12.

Para el control en función de eventos del módulo maestro 5 sirve un sensor luminoso 14, que está unido con una entrada de control del módulo maestro 5. Pieza nuclear del módulo maestro 5 es un módulo de cálculo 15, que recibe señales de un reloj de tiempo real 16, de sensores de tensión 17, que vigilan por ejemplo la tensión existente en las conducciones L1*, L2*, L3*, y de sensores de corriente 18, que detectan las corrientes en estas mismas conducciones. Al módulo maestro 5 pertenece además un módulo de alimentación de corriente 19, que proporciona tensión de funcionamiento para todos los subconjuntos del módulo maestro 5. El módulo de cálculo 15 controla un interruptor principal 21, que se halla en una vía de conducción 22 entre la red N, L1, L2, L3 y la red N, L1*, L2*, L3*. Aguas abajo del interruptor principal 21 están conectados una parte de potencia 23 y un interruptor en paralelo 24. La parte de potencia 23 contiene interruptores controlables electrónicamente (válvulas, triacs), que, cuando no están encendidos, pueden suprimir semiondas individuales de la red. En paralelo respecto a ellos está dispuesto el interruptor en paralelo 24, que contiene por ejemplo un contactor trifásico para puentear los triacs.

Cada uno de los módulos esclavos 12 presenta un circuito de conmutación programable 26, que es alimentado por una fuente de alimentación de corriente 27 y que controla una unidad de conmutación 28, que sirve para la conexión y desconexión de los consumidores 4, por ejemplo de lámparas de descarga de gas 4. El circuito de conmutación programable 26 y la unidad de conmutación 28 controlada por ella pueden estar constituidos según Fig. 4. Según ella, el circuito de conmutación programable 26 puede estar formado por un micro-ordenador 31 de un solo chip, que está conectado por el lado de entrada a la red de potencia N, L1*, L2*, L3*. El circuito representado en Fig. 5 puede servir aquí para detectar los pasos por cero de la red. El micro-ordenador 31 de un solo chip está conectado, con una entrada prevista para ello, a la salida de un circuito detector de paso por cero 32. A éste pertenece un puente de Grätz 33, que está conectado por el lado de entrada a una conducción de fase correspondiente L1*, L2* o L3*. Al puente de Grätz está conectado por el lado de salida un divisor de tensión con un diodo Z limitador de tensión. Solamente durante el paso por cero de la tensión, de la tensión de la red, y en su proximidad inmediata, se elimina la tensión mediante el diodo Z DZ, lo que es reconocido por el micro-ordenador 31 como paso por cero.

El módulo maestro 5 asume el control de potencia y el control funcional de los medios de funcionamiento, a saber de los consumidores 4, y se puede denominar por tanto también gestor de control de potencia y de mantenimiento (gestor PCS). El módulo esclavo se puede denominar también controlador PCS.

Como se aprecia en Fig. 4, al micro-ordenador 31 de un solo chip están conectados por el lado de salida un relé 35, que controla el flujo de potencia al consumidor 4, así como un triac 36 o un interruptor electrónico equivalente, con el cual se puede influir sobre la potencia del consumidor 4. Aguas arriba de éste está conectado además un aparato de interconexión en serie 37, que permite una inversión de potencia.

En el caso del módulo esclavo 12 (controlador PCS) que se aprecia en Fig. 4, el micro-ordenador 31 de un solo chip asume, además del control del relé 35 y del triac 36, el análisis de las señales y la memorización de las señales, para controlar al consumidor 4, tras la conexión, de modo autárquico y sin programación adicional mediante el gestor PCS.

En el presente ejemplo de realización se toma como base una instalación de alumbrado público, que en función de su situación local y de las unidades funcionales comunales existentes, se puede clasificar en cinco grupos. Éstas son cruce de calles, calle principal, calle secundaria, plaza del teatro y escuela. Se tienen por tanto cinco direcciones de software, con las que se han de realizar diferentes funciones de alumbrado. Dicho de otro modo, todos los consumidores 4 están asociados a uno respectivo de los cinco grupos, presentando todos los consumidores del grupo respectivo la misma dirección de software.

Como se representa en Fig. 6, las zonas de cruces están asociadas al grupo 1 con máxima prioridad. Los consumidores 4 pertenecientes a este grupo deben trabajar a plena potencia durante todo el tiempo de conexión desde t_{ein}* hasta t_{aus}. La dirección del grupo es 1.

La segunda prioridad más alta está asociada a la calle principal y a la escuela. Éstas reciben por tanto las direcciones de grupos o de software 2 y 3 respectivamente. Los consumidores de la dirección de grupo 2 lucen durante todo el tiempo, si bien entre 22,00 h y 2,00 h se ajusta o programa funcionamiento con potencia reducida. Los consumidores de la dirección de grupo 3 están entretanto desconectados, pasando los mismos antes y después a un funcionamiento con potencia reducida.

Los consumidores de la dirección de grupo 4 (calle secundaria) funcionan con prioridad aún más baja. Éstos son encendidos más tarde y funcionan con potencia reducida por la noche de 22,00 h hasta 4,00 h.

Los consumidores de la dirección de grupo 5 trabajan plenamente con potencia reducida, conectándose el alumbrado a plena potencia sólo durante la apertura y el cierre del teatro así con en las horas de la mañana. La desconexión tiene lugar uniformemente para todas las direcciones de los grupos.

El régimen de funcionamiento representado se alcanza como sigue:

El módulo de cálculo 15 del gestor PCS es disparado en un instante t_{ein}, que se halla antes de un instante de conexión t_{ein}* (Fig. 6), o bien en un instante E_{a} (Fig. 7), bien mediante coincidencia entre tiempo programado y el reloj de tiempo real 16 o mediante una señal del sensor luminoso 14, que indica que la luminosidad existente ha caído por debajo de un valor límite G (Fig. 7) o que se aproxima a éste. El módulo de cálculo 15 comprueba, si ha sido disparado por una señal del sensor, si según la hora del día hay que contar con un crepúsculo. En caso afirmativo, el módulo de cálculo 15 cierra en un instante t_{ein} señalado en Fig. 6 el interruptor principal 21 y comprueba las tensiones de conexión por medio del sensor de tensión 17. Tras el cierre del interruptor principal 21 y conexión de la parte de potencia 23, existe ya tensión de funcionamiento en los controladores PCS 12. Esto tiene como consecuencia que el micro-ordenador 31 de un solo chip puede realizar una restauración de conexión de potencia y bloquear por tanto las salidas a través del relé 35 y del triac 36. A continuación, el micro-ordenador 31 de un solo chip queda a la espera de señales emitidas por el gestor PCS 5.

Si el gestor PCS 5 no encuentra irregularidad alguna en la tensión de funcionamiento y en las corrientes de funcionamiento estando la instalación de alumbrado desconectada, abre en primer lugar el interruptor en paralelo 24, cerrado al principio, y envía con la parte de potencia 23 todas las órdenes de programación depositadas en su memoria de programa a todos los grupos o direcciones de software respectivamente. A las órdenes de programación pertenecen informaciones sobre el tiempo de conexión E_{a}, así como otros tiempos de conexión y desconexión específicos de los grupos, así como tiempos de comienzo y de finalización específicos de los grupos para fases con funcionamiento a potencia reducida.

Para la transmisión de direcciones y de información, con la parte de potencia 23 se modula la tensión alterna que llega a la red L1*, L2*, L3* conectada aguas abajo, tal como se explica más adelante, de modo que los módulos esclavos 12 o controladores PCS reciben las informaciones de funcionamiento necesarias. Si en una programación, que preferentemente está ya predeterminada y que tampoco ha de ser modificada, están fijadas direcciones de grupos, las direcciones de los grupos y los datos correspondientes se emiten sucesivamente. Se emite por ejemplo en primer lugar la dirección del grupo 1, de modo que son llamados todos los módulos esclavos 12 del grupo 1 y reciben la subsiguiente corriente de datos. Se emite a continuación la dirección del grupo 2, tras lo cual sus módulos esclavos son programados mediante una corriente de datos. Este proceso se prolonga hasta que se han tratado todas las direcciones de los grupos.

Una vez terminado el proceso de programación, se emite la dirección de comando, con la que todos los controladores PCS 12 son llamados simultáneamente. A la dirección de comando sigue un código de orden, que ocasiona que todos los controladores PCS 12 (esclavos) pasen del modo de recepción al modo de temporización, en el que trabajan controlados por el programa. Ha terminado así el proceso de emisión, y el módulo de cálculo 15 del gestor PCS 5 cierra el interruptor en paralelo 24.

Los módulos esclavos 12 están ahora en modo de temporización. En éste, no están ya influidos por la recepción de señales, sino que ejecutan sin influencias exteriores, en cierto modo autárquicamente, su programa temporal recibido. Los controladores PCS 12 realizan las sucesiones temporales y de órdenes depositadas en la RAM del micro-ordenador 31 de un solo chip, de modo que el relé 35 y el triac 36 conmutan las luminarias 4 conectadas a los estados de funcionamiento "conectado", "desconectado" o "potencia reducida". El modo de temporización se mantiene hasta que se ha ejecutado el programa de temporización, se ha desconectado la tensión de funcionamiento, o tiene lugar una nueva restauración de conexión de potencia.

La desconexión de la tensión de funcionamiento para la desconexión final de la instalación de alumbrado tiene lugar preferentemente en función de la luminosidad natural existente. Si ésta alcanza, como se representa en Fig. 7, por la mañana el valor límite G, esto es detectado por el módulo de cálculo 15 con ayuda de la señal del sensor luminoso 14. El módulo de cálculo 15 abre seguidamente el interruptor principal 21 y/o la parte de potencia 23 así como el interruptor en paralelo 24. Los consumidores 4 quedan por tanto sin tensión en el instante A_{a}.

Como se aprecia en Fig. 7, debido a condiciones atmosféricas extremas se pueden presentar incluso a lo largo del día valores de la luminosidad que estén por debajo del valor límite G y que requieren una iluminación adicional. Si un evento de este tipo ocurre antes de las 16,00 horas o de cualquier otro límite temporal Z a determinar en función de la fecha, el módulo de cálculo reconoce que se trata de un crepúsculo u oscuridad "fuera de programa", y no de la caída de la noche. Los consumidores son conectados por tanto, de manera no programada, en el instante E_{b}, para lo que el módulo maestro 15 emite la dirección de comando, que llama a todos los módulos esclavos 12, y a continuación una orden de conexión. Al final de la fase de oscuridad, el módulo de cálculo 15 detecta con el sensor luminoso 14 que se ha alcanzado o superado el valor límite de luminosidad G, y desconecta de nuevo los consumidores 4.

La emisión de señales funciona como sigue:

La transmisión de información desde el módulo maestro 5 a los módulos esclavos 12 se efectúa durante la pausa de funcionamiento, a saber estando los consumidores 4 desconectados según Fig. 8. De la tensión alterna (U-red) existente en una conducción se suprimen semiondas de tensión para caracterizar el valor binario "alto" ("1" lógico). Preferentemente se suprime para ello sólo una única semionda, pero en caso necesario se pueden suprimir también varias, preferentemente un número impar. Al "1" lógico (semionda suprimida) emitido sigue un período de tensión invariada, que no lleva contenido de información alguno. Tras este período de tensión se emite por ejemplo un "0" lógico, que es señalizado mediante un período de tensión invariado. El siguiente "1" lógico es nuevamente una semionda suprimida, que debido al número par de semiondas transmitidas entre tanto es una semionda negativa suprimida, mientras que el primer "1" lógico emitido era una semionda positiva suprimida.

El período de tensión intercalado sirve para conseguir una sincronización de los módulos esclavos 12 respecto a la tensión alterna de la red, incluso en caso de largas sucesiones de unos lógicos y para transmitir un valor efectivo de la tensión distinto de cero así como para conseguir la alimentación de corriente de los módulos esclavos 12.

Como se representa en Fig. 9, es igualmente posible fijar el significado de semiondas suprimidas como "bajo" ("0" lógico). A continuación de cada nivel bajo se intercala un período de tensión invariado, que no lleva información alguna.

La detección de las semiondas de tensión suprimidas o debilitadas se efectúa tal como se aprecia en Fig. 10 u 11. En Fig. 10 se representan desarrollos de la tensión en una red principalmente óhmico-inductiva a lo largo del tiempo t. Si tras la transmisión de algunas semiondas de tensión, a partir de un instante t_{0} se suprime una semionda de tensión, en este instante las corrientes existentes I no son cero, debido al desfase entre corriente y tensión. Debido al efecto de la inducción en las inductividades existentes se obtiene por tanto un desarrollo de la tensión con un paso por cero verdadero. El circuito según Fig. 5 determina a partir de ello U_{SYNC}, que caracteriza los pasos por cero y que representa una imagen analizable de la tensión de la red.

En una ventana de tiempo t_{1}, t_{2} dentro de la semionda suprimida se puede comprobar por tanto, si la tensión existente se halla por debajo de un límite U_{S} o fuera de una ventana de tensión predeterminada. Si éste último es el caso, la semionda investigada es reconocida como suprimida.

Diferentes son las relaciones en una red capacitiva. Ésta es por ejemplo una red de cables extensa, que funciona esencialmente en vacío. Las relaciones se señalan en Fig. 11. Si en un instante t_{0} se suprime la semionda de la red, los tiristores o triacs de la parte de potencia 23 resultan altamente óhmicos. Los mismos se apagan esencialmente en el paso por cero de la corriente, si ésta baja por debajo del valor de la corriente de mantenimiento del tiristor o triac respectivo. El módulo maestro 5 es por tanto relativamente altamente óhmico por el lado de salida. La tensión existente en los consumidores o esclavos 12 sólo puede pues disminuir relativamente lentamente, tal como se señala con el desarrollo de la tensión en la conducción L1*. La disminución se puede acelerar, si la parte de potencia 23 materializa una unión de descarga por ejemplo con el conductor neutro N. Esto puede ocurrir con una resistencia respecto al conductor neutro y/o a través de interruptores apropiados. Queda sin embargo un cierto tiempo t_{0}, en el que la tensión decreciente no es cero. Sin embargo, la magnitud de la tensión decreciente en la ventana de tiempo t_{1}, t_{2} ha quedado por debajo de la magnitud de la tensión de umbral, por lo que la semionda de la red suprimida es reconocida como tal.

En la red capacitiva, el paso por cero t_{0} en el módulo esclavo 12, en caso de semiondas de la red suprimidas, no puede ser reconocido como paso por cero de la tensión, como se aprecia en Fig. 11. El módulo esclavo 12 debe contestar sin embargo la ventana de tiempo t_{1}, t_{2} con una separación predeterminada respecto al paso por cero t_{0}. Para ello sirve el circuito según Fig. 5. Mediante el puente de Grätz 33 y la red conectada aguas abajo se generan para cada paso por cero regular impulsos, en los cuales la tensión, limitada por lo demás a la tensión Z, se hace cero. El microprocesador 31 reconoce estos pasos por cero con ayuda de los cortos impulsos cero. A partir de cada paso por cero reconocido, el mismo determina, con ayuda de la duración conocida de una semionda de la red, el siguiente instante en el que es de esperar el siguiente paso por cero. Si no se produce tal paso por cero, tras un corto tiempo de tolerancia de por ejemplo 100 \mus se supone un evento de paso por cero t_{0} y se inicializa un temporizador, que corre algunos milisegundos hasta t_{1}. Al alcanzarse t_{1} comienza la ventana de tiempo, en la que se investiga la tensión existente, respecto a si cae por debajo de la tensión de umbral U_{S}.

Con el sistema arriba descrito, los consumidores 4 pueden no sólo ser programados intencionada e individualmente en relación con sus puntos de conexión, en su caso en relación con sus puntos de desconexión, así como en relación con tiempos de funcionamiento con potencia reducida, sino que es posible también un mantenimiento individual y un control funcional de todos los consumidores 4.

En una pausa de funcionamiento, por ejemplo durante el día, en la hora de mediodía o por la tarde, en lugar del modo de temporización se lleva a cabo en primer lugar un intervalo de mantenimiento, con el que se puede reconocer cada módulo esclavo 12 defectuoso individual o cada consumidor 4 defectuoso. El tipo de funcionamiento de mantenimiento se distingue del funcionamiento de temporización, porque desaparece la emisión de la sucesión de órdenes de temporización y se emite exclusivamente la dirección de comando con una orden de mantenimiento. En caso de mantenimiento para todas las lámparas, mediante el controlador PCS 12, comenzando con la dirección de hardware 1, se conectan y desconectan por breve tiempo sucesivamente todas las luminarias 4. Los sensores de corriente 18 (Fig. 3) determinan además si y cuánta corriente es alimentada a la red L1*, L2*, L3* y por tanto cuánta corriente absorben el módulo esclavo 12 en cuestión y el consumidor 4 en cuestión. Mediante el sensor de corriente 18 se puede determinar por tanto fácilmente el funcionamiento de la lámpara como declaración sí-no. Para la determinación precisa de un estado de funcionamiento está previsto el mantenimiento para la dirección de hardware. Con ello, además de la dirección de comando se emiten la dirección de hardware (dirección individual) así como la orden de mantenimiento correspondiente. El módulo esclavo 12 llamado (controlador PCS) conecta la luminaria 8 asociada a él y direccionada mediante la dirección de hardware mediante el relé 35 al estado uno, hasta que por el gestor PCS 1 se dispara una restauración de conexión de potencia. En este tiempo, el módulo de cálculo 15 puede medir y analizar exactamente el desarrollo de la corriente de la luminaria.

Los resultados se pueden poner a disposición, según sea necesario, a una interfaz en serie o a una interfaz en paralelo, y ser depositadas adicional o alternativamente en una memoria o indicados de algún otro modo. Es posible además una comprobación separada de consumidores individuales 4 y módulos esclavos 12. Por ejemplo, mediante la emisión de la dirección de comando, de la dirección individual o de hardware, y de un tercer código de orden es posible una comprobación de otras funciones del módulo esclavo 12, por ejemplo de la capacidad de reducción de potencia. Mediante la aplicación de los modos de comprobación citados es posible una comprobación completa de todos los medios de funcionamiento conectados. En el intervalo de mantenimiento se recomienda conectar y desconectar sólo por breve tiempo los consumidores individuales 4, para limitar el tiempo total del intervalo de mantenimiento, para el número máximo de direcciones de hardware, a un período de tiempo razonable. Si en el intervalo de mantenimiento se determinan irregularidades en una dirección de hardware, por ejemplo comportamiento de encendido inseguro o inusual de una lámpara de descarga de gas, por el gestor PCS se lleva a cabo el mantenimiento en esa dirección de hardware, para determinar exactamente el defecto. Patrones de defectos tales como encendido retardado, apagado transitorio, etc., se pueden por tanto reconocer claramente con ayuda de la reacción eléctrica registrada de un módulo esclavo 12.

Existe por lo demás la posibilidad de conectar inmediatamente y sin programación previa todos los consumidores mediante la dirección de comando y un cuarto código de orden. Esto puede resultar necesario en el caso de un desarrollo de la iluminación representado en Fig. 7. En caso de un oscurecimiento inesperado en horas diurnas (fuerte lluvia, eclipse solar y similares), que es detectado por el sensor luminoso 14, son conectados todos los consumidores 4. La realización del cuarto código de orden, la conexión inmediata de todos los consumidores, se efectúa análogamente al funcionamiento de mantenimiento, para lo que por el gestor PCS 5 sólo se transmite la dirección de comando con la orden de conexión correspondiente a los controladores PCS 12 o módulos esclavos respectivamente.

Es también posible, por lo demás, prever una reacción fija de los módulos esclavos 12 para el caso de que una sucesión de bits que llega a los módulos esclavos 12 no sea interpretable. Como función de seguridad se puede prever también que todos los consumidores 4 sean conectados si, tras el transcurso de un tiempo de espera (de por ejemplo 5 minutos) tras la conexión de la tensión de la red, no se ha emitido sucesión alguna de órdenes lógicas o reconocibles.

El régimen de funcionamiento se puede modificar además, a partir de aquí, de modo que cada módulo esclavo 12, una vez efectuada la programación, pase individualmente al modo de temporización mediante una orden. El módulo maestro debe efectuar para ello la programación de modo que antes de alcanzarse los instantes de conexión programados se haya terminado con seguridad la programación de los otros módulos esclavos 12 restantes.

Una instalación para el funcionamiento de varios consumidores 4 dispuestos distribuidos, por ejemplo una instalación de alumbrado público 1, presenta un módulo maestro central 5, presentando cada consumidor 4 un módulo esclavo 12. El módulo maestro 5 sirve para la programación de los módulos esclavos 12, que una vez efectuada la programación controlan independientemente los consumidores individuales 4. La programación de los módulos esclavos 12 se efectúa en pausas de funcionamiento, estando los consumidores 4 desconectados, mediante modulación de la tensión alterna de funcionamiento. La modulación comprende preferentemente la supresión de semiondas individuales o varias para caracterizar un valor binario, mientras que semiondas poco o nada variadas caracterizan el otro valor binario. A semiondas suprimidas sigue preferentemente un período de relleno sin contenido de información, que sirve para el mantenimiento de la tensión de funcionamiento y para permitir la sincronización de los módulos esclavos 12.

Claims (11)

1. Procedimiento para el control de consumidores y para la transmisión de informaciones a éstos en una red de transmisión de potencia de corriente alterna mediante la tensión alterna de funcionamiento, caracterizado porque

se prevén pausas de funcionamiento, en las que todos los consumidores (4) están desconectados y en las que la tensión alterna de funcionamiento se aplica al menos transitoriamente a la red de transmisión de potencia,

en el que para la transmisión de información en las pausas de funcionamiento se varían en totalidad en su amplitud semiondas individuales o grupos de semiondas de la tensión alterna de funcionamiento,

en el que la información es transmitida exclusivamente en las pausas de funcionamiento como señal binaria, de modo que para la transmisión de un valor binario se reduce o se hace cero la amplitud de un número impar de semiondas,

para la transmisión de otro valor binario se varían a otro valor o se dejan invariadas semiondas, cuyo número es mayor en uno que el número de las semiondas modificadas del otro valor binario, y

en el que, tras la transmisión de semiondas variadas de un valor binario se aplican a la red de transmisión de potencia trenes de tensión no modificados con un número par de semiondas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se comprueba en los consumidores, en las pausas de funcionamiento, con una separación temporal fija tras cada instante de paso por cero de la tensión de funcionamiento, si la tensión de funcionamiento se halla en una ventana de tensión fija o al menos por encima de un valor de umbral U_{S}, distinguiéndose los valores binarios de la señal según si el valor de la tensión de funcionamiento en el instante de medición o bien en un período de tiempo de medición (t_{1}, t_{2}) se halla o no en la ventana de tensión o por encima del valor de umbral (U_{S}).

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque como instante de paso por cero se considera el instante en el que la tensión de la red de transmisión de potencia vale realmente aproximadamente cero, y si falta un instante de este tipo, se considera como instante de paso por cero el instante en el que debería haberse producido el paso por cero si no hubiera variado la tensión alterna de funcionamiento.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como información a los consumidores se transmiten tiempos de conmutación y/u órdenes de conmutación, que se utilizan en los consumidores, por medio de dispositivos de conmutación con reloj de tiempo real, para la conexión y/o para la desconexión y/o para modificar la potencia transformada, ocasionándose la desconexión definitiva de los consumidores de funcionamiento discontinuo preferentemente mediante desconexión de la tensión alterna de funcionamiento.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los consumidores individuales pueden ser llamados individualmente, en grupos y/o en conjunto, y porque las señales de control son generadas tanto con ayuda de datos detectados actuales como con ayuda de datos memorizados fijos.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque estando consumidores individuales (4) conectados se vigilan valores de tensión y corriente y/o valores de potencia, para llevar a cabo comprobaciones funcionales individuales.

7. Instalación, en particular para el alumbrado de ciudades o calles,

con al menos un dispositivo de alimentación de potencia (3), que proporciona una tensión alterna de funcionamiento con una potencia suficiente para la alimentación de la instalación (1),

con una red de conducción (N, L1, L2, L3; N, L1*, L2*, L3*), que puede ser alimentada con tensión de funcionamiento por el dispositivo de alimentación de potencia (3),

con consumidores (4), que están conectados a la red de conducción (N, L1, L2, L3; N, L1*, L2*, L3*) y que pueden ser alimentados con potencia de funcionamiento mediante la red de conducción (N, L1, L2, L3; N, L1*, L2*, L3*),

con un módulo maestro (5), con el que se puede modular la tensión alterna proporcionada por el dispositivo de alimentación de potencia (3), para transmitir información de conmutación durante las pausas de funcionamiento, en las cuales todos los consumidores (4) están desconectados,

caracterizada porque el módulo maestro (5) contiene un modulador (23), que para la transmisión de informaciones binarias reduce o hace cero la amplitud de un número impar de semiondas de tensión, para generar una señal que caracteriza uno de los valores binarios, y que para la codificación del otro valor binario emite un número de semiondas de tensión variadas a otro valor o dejadas invariadas, cuyo número es mayor en uno que el número impar de semiondas variadas, y que, tras una o varias semiondas variadas genera un número par de semiondas invariadas como períodos de relleno sin contenido de información, y

con módulos esclavos (12), que están asociados a los consumidores (4) y que pueden ser controlables y/o programables mediante informaciones de conmutación respectivas emitidas por el módulo maestro.

8. Instalación según la reivindicación 7, caracterizada porque el módulo maestro (5) está unido con una red de alimentación monofásica o polifásica, así como a través de la red de transmisión de potencia, con los módulos esclavos (12), porque el módulo maestro presenta una o varias unidades de cálculo (15), al menos un sensor luminoso (14), sensores de tensión y/o intensidad (17, 18) y/o al menos una parte de potencia (23) que forma un modulador, y porque cada módulos esclavos (12) presenta al menos una unidad de cálculo respectiva (31), las cuales son alimentadas por la tensión alterna de funcionamiento mediante un módulo de alimentación de tensión y que están unidas con un reloj de tiempo real.

9. Instalación según la reivindicación 7, caracterizada porque la tensión alterna proporcionada por el dispositivo de alimentación de potencia (3) es una tensión alterna polifásica y porque el módulo maestro (5) modula todas las fases de la tensión alterna polifásica con la misma información.

10. Instalación según la reivindicación 7, caracterizada porque la información de conmutación contiene al menos un instante de conexión y porque cada módulo esclavo (12) presenta un dispositivo de conmutación interno para la conmutación del consumidor (4) en el instante programado, estando el módulo esclavo (12) preferentemente bloqueado contra la recepción de otras informaciones una vez efectuada la programación del consumidor (4) o tras la recepción de un comando de liberación.

11. Instalación según la reivindicación 7, caracterizada porque el módulo maestro (5) contiene un dispositivo (15) para la generación de una señal, que describe la luminosidad natural esperable según la estación del año y/o la hora del día, porque el módulo maestro (5) contiene un dispositivo de memoria, en el que se pueden leer informaciones sobre la necesidad de luz en diferentes consumidores, y porque el módulo maestro (5) presenta al menos un sensor (14) para la detección de condiciones actuales.