PL207017B1 - Sposób sterowania urządzeniami elektrycznymi, a zwłaszcza lampami oświetleniowymi - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu sterowania urządzeniami elektrycznymi, a zwłaszcza lampami oświetleniowymi, w szczególności urządzeń do oświetlenia zewnętrznego.

Dzięki skonstruowanym w ostatnich latach sterownikom, służącym do kierowania pracą lamp oświetleniowych, stworzona została możliwość tworzenia kompleksowych systemów oświetleniowych, w przypadku których usytuowanymi oddzielnie lampami oś wietleniowymi kierować moż na za pomoc ą centralnej jednostki sterującej. Tego rodzaju systemy oświetleniowe znajdują przykładowo zastosowanie w dużych budynkach, przy czym oprawy oświetleniowe zwykle przyłączone są po pierwsze do normalnej energetycznej linii zasilającej oraz po drugie, za pośrednictwem przewodów tworzących rozgałęzienia, połączone są z centralną jednostką sterującą. Za pośrednictwem wspomnianych przewodów rozgałęźnych przesyłane są systemem cyfrowym poprzez centralą jednostkę sterującą elektroniczne sygnały kierowane do rozmieszczonych indywidualnie sterowników przyłączonych w układzie zdecentralizowanym opraw oświetleniowych.

Odpowiednie rozwiązanie konstrukcyjne byłoby oczywiście możliwe również w przypadku urządzeń typu zewnętrznych instalacji oświetleniowych względnie tym podobnych, jednakże trudność polega wówczas na tym, aby umożliwić przekazywanie sygnałów sterujących z jednostki centralnej do lamp oświetleniowych usytuowanych w dużej odległości. Rozprowadzanie przewodów tworzących rozgałęzienia w przypadku zewnętrznych instalacji oświetleniowych z uwagi na stosunkowo duże odległości i związane z tym nakłady jest z reguły trudne względnie też w ogóle nie jest możliwe.

Tym nie mniej również w przypadku zewnętrznych instalacji oświetleniowych pożądane byłoby stwarzające komfort użytkowania wielofunkcyjne sterowanie poszczególnymi oprawami oświetleniowymi z jednostki centralnej, aby za ich pomocą przykładowo można było oświetlić odpowiednio do potrzeb wybrane obszary powierzchni, rozgrywające się wydarzenia względnie urządzenia. W konsekwencji stworzonego komfortu warunków oświetleniowych zyskać można także poprawę warunków bezpieczeństwa. Ponadto skomunikowanie opraw oświetleniowych z jednostką centralną przyczynia się do zredukowania nakładów na czynności związane z ich obsługą bieżącą oraz do uzyskania oszczędności energii. Jednakże wiąże się to z przyjęciem założenia, że zastosowane będzie indywidualnie sterowanie oprawami oświetleniowymi oraz zainstalowany będzie system umożliwiający skomunikowanie zespołów, który zapewni zamierzone rozpoznawanie stanu funkcjonowania instalacji względnie umożliwi rozpoznawanie zaistniałych usterek względnie również zwrotne ich sygnalizowanie.

Alternatywna możliwość przenoszenia danych bez konieczności użycia dodatkowych przewodów rozgałęźnych polega na zastosowaniu tzw. technik energetycznych linii zasilających. Przy tym rozwiązaniu wykorzystuje się zasilające przewody prądowe względnie napięciowe, przy czym na normalną częstotliwość sieciową 50 Hz nakładana jest modulowana większa częstotliwość nośna. Częstotliwość nośna zawiera w zakodowanej postaci przenoszone informacje, które rozkodowywane są przez poszczególne odbiorniki. Tego rodzaju sposoby posługiwania się energetycznymi liniami zasilającymi znajdują już zastosowanie w niektórych instalacjach oświetleniowych do oświetlania budynków lub do innych urządzeń sterujących zainstalowanych wewnątrz budynków, przy czym wykorzystywana jest wówczas wewnętrzna sieć elektryczna przeznaczona do przenoszenia danych. Przegląd różnych dziedzin zastosowań oraz możliwości jakie stwarza technika wykorzystywania energetycznych linii zasilających znaleźć można w książce „Powerline Kommunikation Klausa Dostert'a, wydanej przez Franzis Verlag GmbH. Z tego względu w niniejszym opracowaniu dane zamieszczone w przytoczonej pozycji literaturowej nie będą już przytaczane.

Sposoby przenoszenia informacji przedstawianych w formie zapisu cyfrowego za pośrednictwem energetycznej linii zasilającej opisane są poza tym w DE 40 01 2655 A1, DE 40 01 266 A1, EP 0 634 842 A2 oraz EP 0 200 016 A2.

W odniesieniu do zewnętrznych instalacji oświetleniowych możliwość zastosowania sposobu opartego na wykorzystaniu energetycznych linii zasilających jest o tyle problematyczna, że liczyć się należy z bardzo dużymi odległościami między nadajnikiem i odbiornikiem, jak również z mogącymi występować znaczącymi wahaniami temperatury. Z uwagi na mające w związku z tym miejsce tłumienie i zakłócanie sygnałów nie ma pełnej gwarancji, że również przenoszone informacje będą prawidłowo odbierane i przetwarzane. Dla niezawodności działania urządzeń niezbędne jest jednak przekazywanie danych z zapewnieniem dużej niezawodności, przy istnieniu obawy występowania nierozpoznawalnych błędów mogących występować podczas przenoszenia tych danych. Należy przy tym uwzględnić, że maksymalny dopuszczalny poziom sygnału ograniczony jest normą (dBnV). Przykładowo

PL 207 017 B1 w Europie od 1991 r obowiązuje norma CENELEC EN 50065, zgodnie z którą przydzielony jest do prywatnego stosowania zakres częstotliwości od 95 do 148,5 kHz - przykładowo dla systemów stosowanych wewnątrz budynków - maksymalny dopuszczalny poziom zasilania wynosi przy tym 116 dBμV (= efektywnie 631 mV). W przypadku zakresu częstotliwości od 9 do 5 kHz zarezerwowanego dla instalacji zasilania energetycznego maksymalny dopuszczalny poziom sygnału maleje z 134 dBμV (= 5 V) do 122 dBμV (= 1,25 V). Takie stosunkowo duże ograniczenie utrudnia realizację systemów zdalnego sterowania lampami oświetleniowymi przy zastosowaniu skomunikowania ich za pomocą energetycznych linii zasilających. Tego rodzaju problemy występują oczywiście nie tylko w przypadku instalacji oświetleniowych, lecz również przy wszystkich urządzeniach elektrycznych stosowanych na otwartej przestrzeni.

W związku z powyższym celem przestawionego wynalazku było zaproponowanie ogólnej koncepcji dla systemu sterowania urządzeniami elektrycznymi stosowanymi na otwartej przestrzeni, w przypadku którego przekazywanie danych następowałoby przy zastosowaniu sposobu z wykorzystaniem energetycznych linii zasilających oraz zapewnione byłoby niezawodne skomunikowanie wolne od zakłóceń. Poza tym stworzona być powinna możliwość wielofunkcyjnego bezzakłóceniowego działania - przykładowo - lamp oświetleniowych.

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania urządzeniami elektrycznymi, a zwłaszcza lampami oświetleniowymi, przyłączonymi do wspólnej sieci zasilania elektrycznego, w którym urządzenia elektryczne wymieniają między sobą informacje poprzez sieć zasilania elektrycznego z wykorzystaniem technologii transmisji danych przez sieć elektroenergetyczną, przy czym urządzenia elektryczne są ze sobą tak zsynchronizowane, że odbierają lub wysyłają informację w uprzednio ustalonych cyklach transmisji i odbioru, charakteryzujący się tym, że cykl transmisji i odbioru jest podzielony na co najmniej dwa odcinki czasu, przy czym w pierwszym odcinku czasu komendy sterowania lub zapytania przekazuje się do urządzeń elektrycznych, a w drugim odcinku czasu, oddzielonym czasowo od pierwszego odcinka czasu, następuje od urządzeń elektrycznych przekaz informacji o działaniu lub stanie tych urządzeń.

W jednym z korzystnych wariantów realizacji sposobu według wynalazku podczas pierwszego okresu czasu za pomocą jednostki sterowanie cyklicznie przekazuje się do urządzeń elektrycznych przyłączonych do sieci zasilania elektrycznego zapytania dotyczące ich warunków działania. W szczególnie korzystnym przypadku jednostka sterowania przerywa cykliczne przekazywanie zapytań dla przekazania komendy sterowania do urządzenia elektrycznego.

W innym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku cykl transmisji i odbioru dzieli się na trzy odcinki czasu, przy czym w trzecim odcinku czasu od urządzenia elektrycznego następuje przekaz raportów o zdarzeniach. W jeszcze innym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku każde urządzenie elektryczne przekazuje ponownie do sieci zasilania elektrycznego informację odebraną w jednym cyklu transmisji i odbioru w następującym po nim pośrednio lub bezpośrednio cyklu transmisji i odbioru. W następnym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku urządzenie elektryczne przekazuje ponownie do sieci zasilania elektrycznego informację odebraną w jednym cyklu transmisji i odbioru w następującym po nim pośrednio lub bezpośrednio cyklu transmisji i odbioru jedynie wtedy, gdy informacja ta nie jest przeznaczona wyłącznie dla tego urządzenia elektrycznego. W kolejnym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku urządzenia elektryczne przekazują informację przeznaczoną do przesłania do sieci zasilania elektrycznego podczas z góry określonej liczby kolejnych cykli transmisji i odbioru. W dalszym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku etap ponownego przekazywania przez urządzenie elektryczne informacji do przesłania do sieci zasilania elektrycznego pomija się w sytuacji, gdy informacja ta została już przekazana wcześniej. W innym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku lampa oświetleniowa przechowuje przynajmniej część otrzymanej informacji, która w formie komend sterowania dotyczy sterowania jasnością tej lampy oświetleniowej i samoczynnie w sposób powtarzalny realizuje te komendy tak długo, dopóki nie otrzyma przeciwnej informacji. W szczególnie korzystnym przypadku do lampy oświetleniowej przekazuje się komendy sterowania zawierające wskazanie czasu względnego w odniesieniu do wysokości słońca, zaś lampa oświetleniowa wylicza czas rzeczywisty dla wykonania komendy na podstawie informacji o czasie i dacie oraz informacji o położeniu. W innym szczególnie korzystnym przypadku podczas wykonywania komend sterowania przez lampę oświetleniową mierzy się parametry otoczenia takie, jak jasność czy temperatura. W jeszcze innym szczególnie korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku podczas wykonywania komend sterowania przez lampę oświetleniową mierzy się jasność otoczenia.

PL 207 017 B1

W sposobie według wynalazku każ de z urzą dzeń elektrycznych działa jako tzw. wzmacniacz regeneracyjny, przekazując informację określaną dalej mianem telegramu otrzymaną w cyklu nadawania oraz odbioru na powrót do przesyłowej sieci elektrycznej podczas następującego bezpośrednio lub pośrednio kolejnego cyklu nadawania i odbioru. Telegram wprowadzony do pamięci w dowolnym miejscu elektrycznej sieci przesyłowej rozprzestrzenia się lawinowo w całej tej sieci, aż na koniec będzie on odebrany przez urządzenie elektryczne, do którego jest on adresowany. Korzystnie przewidzieć można, że urządzenie elektryczne przekaże telegram dalej tylko wówczas, gdy jest on przeznaczony nie tylko do jednego konkretnego urządzenia elektrycznego. Dzięki takiej wzajemnej synchronizacji urządzeń elektrycznych zapewnione jest to, że nie nastąpi wykasowanie jednego z dwóch identycznych telegramów przeznaczonych dla dwóch sąsiadujących ze sobą urządzeń elektrycznych. W konsekwencji zapewnione jest także niezawodne przenoszenie danych na duże odległości. Równocześnie uzyskiwana jest też duża przepustowość danych, ponieważ urządzenia elektryczne w ich funkcji wzmacniania regeneracyjnego mogą równocześnie w różnych obszarach sieci przesyłać telegramy o różnej treści. Ponieważ odbywa się to bez oceny intensywności sygnału, umożliwia to samym w prosty sposób uzyskiwanie duż ej przepustowoś ci sygnał ów przy mał ym udziale poziomu błędów. W wariancie, w którym urzą dzenia elektryczne przekazują dalej do zasilają cej sieci elektrycznej przeznaczone do tego informacje w postaci zadanej wstępnie liczby następujących kolejno po sobie cykli nadawania i odbioru, uzyskuje się zwiększoną niezawodność przekazu informacji. W innym wariancie urządzenia elektryczne są w stanie rozpoznawać ponownie już otrzymane i przekazane dalej telegramy, aby w późniejszym czasie nie przekazywać kolejny raz już uprzednio otrzymanego telegramu. Zapobiega się w ten sposób przemieszczaniu się w sieci telegramów w postaci pętli (programowej) bez końca. Wspomniane powtórne rozpoznawanie umożliwić można przykładowo przez odpowiednie wskaźnikowanie (indeksowanie) telegramów.

Przenoszenie danych realizowane jest korzystnie z zastosowaniem modulacji fazowej częstotliwości nośnej (tzw. Phase Shift Keying - PSK). Sposób ten charakteryzuje się małą podatnością na zakłócenia. Synchronizacja działania poszczególnych świateł odbywa się poprzez dozorowanie (sterowanie) częstotliwości sieciowej. Wspomniany aspekt dotyczy także systemu sterowania stosowanego do urządzeń elektrycznych, w szczególności do lamp oświetleniowych, przyłączonych do wspólnej zasilającej sieci elektrycznej, przy czym system sterowania zawiera również co najmniej jeden zespół sterujący przystosowany do przyłączenia go do sieci elektrycznej oraz nadajniki i odbiorniki, które z zastosowaniem sposobu z linią energetyczną mogą wymieniać informacje z zespołem sterującym za pośrednictwem elektrycznej sieci zasilającej oraz odpowiednio przyporządkować go urządzeniu elektrycznemu. Nadajniki i odbiorniki są przy tym w wyżej opisany sposób zsynchronizowane względem siebie oraz zawierają funkcję wzmacniania regeneracyjnego, przeznaczoną do dalszego przekazywania informacji. Tego typu system sterowania może znaleźć w konkretnych przypadkach zastosowanie do instalowania go do już istniejących zewnętrznych urządzeń oświetleniowych.

W sposobie według wynalazku wykorzystywane są lampy oświetleniowe stosowane w urządzeniach oświetleniowych składających się z licznych lamp przyłączonych do wspólnej zasilającej sieci elektrycznej, przy czym lampy te wyposażone są w nadajniki i odbiorniki, zaprojektowane w postaci złącz standardowych dostosowanych do wykorzystania sposobu z energetyczną linią zasilającą. Nadajnik i odbiornik są tak zaprojektowane, aby w odpowiednio zaprogramowanych cyklach przesyłania i odbioru mogły one wymieniać informacje, przy czym dla przenoszenia informacji wyposaża się je w funkcję wzmacniania regeneracyjnego, przy czym informacje otrzymywane podczas jednego cyklu nadawania i odbioru mogą one wysyłać ponownie podczas pośrednio lub bezpośrednio następujących po sobie kolejnych cykli nadawania i odbioru.

Inny aspekt realizacji sposobu według wynalazku dotyczy struktury czasowej przenoszenia danych. W tym celu przenoszone dane względnie telegramy mogą być dzielone odpowiednio do ich funkcji na oddzielne grupy. Tak zwane telegramy systemowe stwarzają przykładowo taką możliwość, aby poszczególne lampy zgłaszały się względnie też wyłączały się z systemu. Ponadto wspomniane telegramy systemowe mają za zadanie wymieniania danych - przykładowo adresatów, danych uzyskanych z pomiarów, danych o działaniu względnie zaistniałych usterkach - między zainstalowanymi w sieci jednostkami sterującymi a poszczególnymi lampami. Ponadto znajdują zastosowanie tzw. telegramy użytkowników, za pomocą których lampy oświetleniowe stymulowane będą do realizacji określonych funkcji, przykładowo do włączania się względnie do zmiany jasności świecenia. Ponieważ tego rodzaju telegramy użytkowników zawierają odpowiednie sygnały sterujące powodujące włączanie

PL 207 017 B1 świecenia się lamp oraz wyregulowywanie ich jasności, to w związku z tym telegramy te mają większy priorytet niż uprzednio wspomniane telegramy systemowe.

Inna możliwość różnicowania polega na podziale różnych rodzajów telegramów odpowiednio do zamierzonej ich specyfiki, na telegramy wysyłane, zwrotne oraz spowodowane przerwą w działaniu oznaczone symbolem ]. Pod pojęciem telegramów wysyłanych definiowane są telegramy wysyłane przez jednostkę sterującą oraz adresowane do jednej względnie do większej liczby lamp oświetleniowych. Są to przykładowo sygnały (polecenia) dotyczące zmiany jasności świecenia, włączenia oraz wyłączenia, kontroli działania (zapytań o funkcjonowanie) itp. Natomiast telegramy zwrotne są informacjami, które wysyłane są przez lampy oświetleniowe do jednostki sterującej w odpowiedzi na telegramy przez nią wysyłane. Mogą to być przykładowo informacje dotyczące stanu funkcjonowania, przekazywania wartości uzyskanej z pomiaru względnie tym podobnych parametrów. Korzystnie tego rodzaju telegram zwrotny wysyłany jest przez lampę oświetleniową tylko wówczas, gdy uprzednio zaistniało odpowiednie żądanie w postaci odpowiedniego telegramu z grupy wysyłanych. Na koniec telegram spowodowany przerwą w działaniu (z grupy I) może być wysłany przez lampę oświetleniową wówczas, gdy zaistnieje szczególne zjawisko w układzie lampy oświetleniowej - przykładowo nastąpi jej uszkodzenie - gdy musi ono być możliwie szybko zgłoszone do centrali sterującej.

Zgodnie z opisanym powyżej sposobem według wynalazku przenoszenie informacji z uwzględnieniem synchronizacji w ramach następujących po sobie cykli wysyłania i odbioru, przy czym cykl wysyłania i odbioru podzielony jest na co najmniej dwa przedziały czasowe, określane dalej również mianem kanałów. Pierwszy przedział czasowy przeznaczony jest przy tym do przenoszenia sygnałów sterujących względnie do sygnałów stanowiących zapytania kierowane do urządzeń elektrycznych, a drugi, oddzielony od pierwszego czasowo, przeznaczony jest do przenoszenia informacji wychodzących z urządzeń elektrycznych, dotyczących ich działania względnie stanu (sprawności).

W jednym cyklu może być więc przeniesiony przez każdego z uczestników dokładnie jeden telegram wysyłany oraz jeden telegram zwrotny. Jeśli więc przykładowo przez jednostkę sterującą emitowany będzie do konkretnej lampy oświetleniowej jeden telegram systemowy jako telegram wysyłany, np. z zapytaniem o jej stan (funkcjonowania), to wówczas nie jest niezbędne, aby przed emisją kolejnego telegramu z grupy wysyłanych oczekiwać ze strony lampy oświetleniowej odpowiedzi w postaci telegramu zwrotnego, ponieważ przenoszenie telegramu wysyłanego oraz telegramu zwrotnego odbywa się niezależnie. Dzięki temu przy dłuższych czasach przebiegu poszczególnych telegramów uzyskuje się wysokie wskaźniki przenoszenia, ponieważ równocześnie może być przenoszona większa liczba telegramów.

Korzystnie większy priorytet mają telegramy użytkowników. W przeciwieństwie do tego rutynowe telegramy systemowe dotyczące cyklicznych zapytań dotyczących stanu funkcjonowania lamp oświetleniowych wysyłane są w dalszej kolejności. Jeśli więc jednostka sterująca zamierza wyemitować konkretny sygnał dotyczący sterowania, to wówczas przerywa ona tym samym cykliczną wysyłkę sygnału zwrotnego.

Korzystnie cykl wysyłki i odbioru podzielony jest nawet na trzy przedziały czasowe, przy czym drugi przedział czasowy przeznaczony jest do przekazywania meldunków dotyczących wydarzeń wysyłanych przez urządzenie elektryczne względnie lampę oświetleniową. Tego rodzaju kanał asynchroniczny zapewnia możliwość niezwłocznego przekazania jednostce sterującej szczególnych meldunków o zaistniałych wydarzeniach.

W sposobie według wynalazku znajdują zastosowanie systemy sterowania stosowanych do urządzeń elektrycznych i lamp oświetleniowych, wyposażonych w zespoły nadawcze i odbiorniki, za pośrednictwem których przy zastosowaniu sposobu z energetyczną linią zasilającą informacje niezbędne do sterowania urządzeniami elektrycznymi z jednostki sterującej emitowane są bezpośrednio za pośrednictwem elektrycznej sieci przesyłowej, przy czym nadajniki i odbiorniki sygnałów elektrycznych w wyżej opisany sposób zsynchronizowane są ze względem siebie oraz cykle nadawania i odbioru podzielone są na co najmniej dwa przedziały czasowe, z których jeden przewidziany jest do przenoszenia sygnałów sterujących względnie sygnałów stanowiących zapytania skierowanych do urządzeń elektrycznych oraz inny, oddzielony przerwą przedział czasowy przewidziany jest do przenoszenia informacji dotyczących funkcjonowania względnie stanu urządzenia elektrycznego do jednostki sterującej.

Sposób według wynalazku może być wykorzystywany do sterowania działaniem lamp oświetleniowych wyposażonych w złącza standardowe, za pośrednictwem których docierają bezpośrednio do nich z wykorzystaniem sposobu z energetyczną linią zasilającą informacje o funkcjonowaniu przenoszone

PL 207 017 B1 przez sieć elektryczną, przy czym złącza standardowe skonstruowane są w ten sposób, że przyjmują one względnie wysyłają informacje w zaprogramowanych wstępnie cyklach emisji względnie odbioru z wykorzystaniem linii elektrycznej, a przy tym cykl emisji (nadawania) oraz przyjmowania podzielony jest na co najmniej dwa przedziały czasowe, z których jeden przewidziany jest do przenoszenia sygnałów (poleceń) sterujących względnie stanowiących zapytania skierowane do lamp oświetleniowych oraz inny przedział czasowy przeznaczony jest do wysyłania przez lampy oświetleniowe informacji dotyczących ich stanu oraz funkcjonowania do zespołu sterującego.

Lampy sterowane sposobem według wynalazku mają możliwość autonomicznego dalszego funkcjonowania w warunkach zaistnienia zakłócenia w pracy systemu przenoszenia danych względnie też w sytuacji nie otrzymywania nowych sygnałów. Taka możliwość jest zapewniona przez to, że lampy oświetleniowe gromadzą w pamięci przynajmniej część odebranych wcześniej informacji odnoszących się do sygnałów wysterowania które dotyczą sterowania jasnością świecenia lamp oświetleniowych oraz samoczynnie powtarzają ich wykonanie, o ile nie otrzymają innych inaczej sformułowanych informacji z tego zakresu. Zgromadzone w pamięci polecenia tworzą tym samym wykaz czynności, który w sposób ciągły jest odtwarzany, w związku z czym zapewnione jest niezależne funkcjonowanie urządzenia.

W jednym z wariantów wykorzystania sposobu według wynalazku istnieje możliwość dostosowania funkcjonowania lamp oświetleniowych w autonomicznym sposobie ich działania do aktualnych pór cyklu dobowego oraz pór roku, przy czym sygnały dotyczące funkcjonowania przekazywane są wraz z względnymi danymi skorelowanymi z czasem, odniesionymi do położenia słońca. Sygnał taki może przykładowo zawierać wskazówkę odnośnie włączenia lampy oświetleniowej dziesięć minut przed zachodem słońca z zmniejszeniem intensywności świecenia do 50% maksymalnej jej jasności. Do tego celu lampa oświetleniowa ma wprowadzone dane o jej lokalizacji oraz zawiera wewnętrzny zegar służący do ustalenia aktualnych danych odnośnie godziny i daty. Na podstawie tych informacji lampa oświetleniowa obliczyć może aktualne położenie słońca i tym samym również odpowiedni moment wykonania polecenia.

Uzupełnienie przedstawionej koncepcji polega ponadto na tym, że lampy oświetleniowe wyposażane są w różne odpowiednie sensory, które uwzględniają konkretne parametry dotyczące otaczającego je środowiska, jak np. jasność względnie temperaturę. Również te informacje uwzględnić można jako wprowadzane samoczynnie lub też jako odpowiednie informacje mogą one być przekazywane do jednostki centralnej.

W rozwiązaniach omówionych powyż ej wykorzystywane są lampy oś wietleniowe wyposażone w złącza standardowe, za pomocą których przekazywane są do nich przez sieć elektryczną informacje o funkcjonowaniu z zastosowaniem sposobu opartego na wykorzystaniu energetycznej linii zasilają cej, przy czym lampy oświetleniowe wyposażane są w pamięć służącą do gromadzenia w niej tego rodzaju otrzymywanych informacji, które dotyczą sygnałów sterujących regulowaniem jasności świecenia, a przy tym lampa oświetleniowa skonstruowana jest w ten sposób, że powtórnie samoczynnie realizuje ona polecenia zgromadzone w pamięci, o ile nie otrzyma innych inaczej sformułowanych informacji.

Sposób według wynalazku oraz środki stosowane do jego realizacji przedstawiono w przykładach wykonania na rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia widok ogólny instalacji oświetlenia zewnętrznego;

fig. 2 przedstawia schemat poszczególnych płaszczyzn komunikowania się zespołów przedstawiony w formie przykładu rozwiązania konstrukcyjnego systemu sterowania lampami oświetleniowymi wykorzystywanego w sposobie według wynalazku;

fig. 3 przedstawia fragment instalacji oświetlenia zewnętrznego wykorzystywanej w sposobie według wynalazku;

fig. 4 przedstawia schemat obrazujący podział cyklu nadawania i odbioru na trzy różne kanały oraz fig. 5 do 8 przedstawiają schematyczne przedstawienie sposobu przenoszenia i rozprzestrzeniania się telegramów wewnątrz sieci oświetleniowej.

Istotę sposobu według wynalazku objaśniono wykorzystując przykład sieci zewnętrznej instalacji oświetleniowej, w której lampy oświetleniowe sterowane są według zaproponowanego rozwiązania konstrukcyjnego. Równie dobrze wynalazek może być stosowany ogólnie do urządzeń elektrycznych, które przyłączone są do wspólnej sieci zasilania elektrycznego oraz powinny one być sterowane z jej wykorzystaniem. Może to odnosić się w przyjętym rozwiązaniu zarówno do urządzeń aktywnych, jak wentylatory lub tym podobne, jak również do urządzeń pasywnych, jak przykładowo do sensorów (czujniki) itp. W szczególności należałoby mieć również na względzie wykorzystanie sieci sensorów,

PL 207 017 B1 które przekazywałyby do jednostki centralnej dane z pomiarów wykonywanych w całej sieci zasilania elektrycznego.

Następnie, w pierwszej kolejności w odniesieniu do fig. 1 i 2 niezbędne będzie opisanie ogólne scharakteryzowanie budowy systemu sterowania oświetleniem, zastosowanego do instalacji oświetlenia zewnętrznego. Instalacja oświetlenia zewnętrznego przedstawiona na fig. 1 składa się z wielu ulicznych lamp oświetleniowych L, przyłączonych do wspólnej sieci zasilania elektrycznego 1. Za pośrednictwem wspomnianej sieci zasilania elektrycznego 1 lampy oświetleniowe L są następnie połączone z łącznikiem sieciowym 2, który spełnia funkcję lokalnego zespołu sterującego. Wspomniany łącznik sieciowy 2 ma za zadanie przekazywać lampom oświetleniowym L odpowiednie sygnały (polecenia) mające na celu spowodowanie ich włączania względnie wyłączania lub zmieniania w określony sposób jasności ich świecenia. Poza tym łącznik sieciowy 2 może również powodować zwrotne przekazywanie sygnałów od lamp oświetleniowych L o stanie ich funkcjonowania względnie zwrotnie zgłaszać otrzymane od nich wartości z pomiarów. Komunikowanie się między łącznikiem sieciowym 2 a lampami oświetleniowymi 1 odbywa się przy zastosowaniu sposobu z wykorzystaniem linii energetycznej, który objaśniono szczegółowo poniżej.

Łącznik sieciowy 2 usytuowany przykładowo w szafie rozdzielczej przed miejscem zasilania może poza tym mieć połączenie z nadrzędnymi dla niego zespołami sterującymi, przykładowo z zarządzającym serwerem centralnym systemu sterowniczego 3, który w przedstawionym przykładzie oświetlenia ulicznego może być usytuowany w miejskim urzędzie budowlanym, względnie w centrum obsługi systemu 4, dla umożliwienia nadzoru sprawności funkcjonowania całości instalacji. Skomunikowanie miedzy łącznikiem sieciowym 2 a sterującymi nim zespołami sterującymi 3 i 4 ma miejsce z wykorzystaniem innych sposobów przekazywania danych oraz może być podzielone na większą liczbę płaszczyzn hierarchii współzależności, jak to przedstawiono przykładowo na fig. 2. W tym przypadku najniższa płaszczyzna hierarchii współzależności instalacji oświetlenia zewnętrznego składa się większej liczby łączników sieciowych 2, które poprzez lokalną sieć zasilania elektrycznego 1 połączone są odpowiednio z licznymi lampami oświetleniowymi L oraz wymieniają z nimi dane (sygnały) za pomocą sposobu według wynalazku z wykorzystaniem energetycznej linii zasilającej.

Łączniki sieciowe 2 połączone są za pomocą szeregowego układu przewodów dla przenoszenia danych 5 z łącznikiem 6, stanowiącym płaszczyznę pośrednią struktury zarządzania danymi. Alternatywnie do zastosowania szeregowego układu przewodów dla przenoszenia danych komunikowanie się między łącznikiem 6 a łącznikiem sieciowym 2 może odbywać się drogą radiową. Liczne łączniki 6 są w konsekwencji połączone z centralnym serwerem systemu zarządzania danymi 3, który zarządza sterowaniem urządzeniem. Komunikowanie się między systemem zarządzania 3 a łącznikami 6 przebiega z wykorzystaniem połączeń Niemieckiego Nadzoru Radiowego (DF^, przykładowo poprzez Internet lub drogą radiową. Poza tym wykonane może być połączenie z centralnym stanowiskiem serwisowym 4, które uprawnione jest do obsługi i nadzoru sprawności działania urządzenia.

Istotny aspekt przedstawionego sposobu według wynalazku dotyczy komunikowania się za pomocą sposobu z wykorzystaniem energetycznej linii zasilającej między łącznikiem sieciowym 2 a połączonymi z nim lampami oświetleniowymi L. Znajduje tu zastosowanie sposób, który zapewnia niezawodne przekazywanie danych z wykorzystaniem elektrycznej sieci przesyłowej 1. W związku z tym uznano za niezbędne bliższe wyjaśnienie poniżej tego sposobu.

Figura 3 przedstawia w związku z tym podzespół zewnętrznej instalacji oświetleniowej, składającej się z łącznika sieciowego 2 oraz z trzech przyłączonych do niego lamp oświetleniowych L1 do L3. Połączenie następuje z wykorzystaniem elektrycznej sieci przesyłowej 1, która po pierwsze zabezpiecza doprowadzenie dopływu energii elektrycznej do lamp oświetleniowych L1_do L3 oraz po drugie wykorzystywana jest do przenoszenia danych. Do tego celu każda z lamp oświetleniowych L1_do L3 wyposażona jest w zespół nadajnika i odbiornika S1 do S3 który z wykorzystaniem sieci przesyłowej 1 analizuje odebrane dane i w konkretnych przypadkach przekazuje je dalej, jak również przesyła w odwrotnym kierunku informacje o działaniu lamp oświetleniowych do łącznika sieciowego 2.

Do przenoszenia danych służy modulacja fazowa (PSK - Phase Shift Keying) wysokoczęstotliwościowej częstotliwości nośnej przykładowo 104,2 kHz, która z kolei nałożona jest na częstotliwość sieciową elektrycznej sieci przesyłowej 1. Informacje przeznaczone do przeniesienia z wykorzystaniem modulacji fazowej PSK są kumulowane w czasie w postaci tzw. telegramów, które rozkodowywane są następnie przez jednostki nadajników i odbiorników S1 do S3 lamp oświetleniowych Lj. do L3, jak również przez łącznik sieciowy 2. Każdy z telegramów odpowiada przy tym ustalonym konwencjom oraz zawiera adres, który podaje, do którego wzgl. który z „uczestników kieruje odpowiedni telegram.

PL 207 017 B1

W szczególności istnieje możliwość sterowania pracą lamp oświetleniowych pojedynczo względnie też połączonych w grupy.

Opisany powyżej sposób sterowania z wykorzystaniem linii zasilającej jest już w zasadzie znany i nie wymaga w związku z tym dalszego wyjaśniania. Jednakże istotne znaczenie ma to, aby przyłączone do sieci zasilającej 1 elementy składowe: łącznik sieciowy 2 oraz L₁ do L₃ były ze sobą zsynchronizowane, co osiąga się w ten sposób, że zastosowany jest przewód zerowy sieci elektrycznej, co umożliwia utworzenie kanału rastrowego. Synchronizacja ta ma znaczenie z tego względu, że dzięki niej powstaje możliwość jednoznacznego zdefiniowania poszczególnych cykli nadawania i odbioru sygnałów, które oddzielane są od siebie w przedziałach czasowych przenoszenia danych, nazywanych dalej kanałami, jak przedstawiono to przykładowo na fig. 4. Każdy cykl nadawania i odbioru ograniczony jest więc przepływami równymi zeru napięcia sieciowego, w związku z czym czas jego trwania odpowiada połowie długości fali (zmiennego) napięcia sieciowego.

Każdy łączny cykl nadawania i odbioru składa się przy tym z trzech następujących po sobie kanałów wysyłania informacji (kanał F) odbioru informacji zwrotnych (kanał B) oraz rozdzielającego je kanału przerwy (kanał I). Bazę czasową dla podziału na kanały tworzy synchronizacja sieciowa, przy czym wszystkie trzy kanały uruchamiane są w następstwie odbioru telegramu wysyłkowego w ramach kanału F. Kanały B względnie I mogą być konstruowane tylko w tych przypadkach, gdy odegrany już został telegram wysyłkowy informacji względnie gdy odpowiedni przekaźnik czasowy (timer) lampy oświetleniowej L do L₃ pracuje synchronicznie. Wysyłanie względnie dalsze przekazywanie telegramów jest więc możliwe wyłącznie dla pracujących synchronicznie zespołów nadawczych i odbiorczych S1 do S3. Dzięki temu eliminowana jest możliwość niezamierzonego asynchronicznego wysyłania sygnałów przez nie synchronicznie pracujące zespoły nadajników i odbiorników S1 do S3. Ponadto zespoły nadajników i odbiorników S1 do S3 są w zasadzie nastawione na odbieranie telegramów z grupy wysyłanych, które przyczyniają się do zaistnienia odpowiedniej synchronizacji.

Dzięki dokonanemu podziałowi na trzy uprzednio opisane kanały mogą być równocześnie w ramach cyklu wysyłania przenoszone telegramy nadawane, zwrotne oraz kanały przerwy (I). Telegramy należące do grupy nadawanych pochodzą z łącznika sieciowego 2 oraz adresowane są do jednej lub też większej liczby lamp oświetleniowych L1 do L₃. Zwykle telegramy należące do grupy nadawanych zawierają żądanie skierowane do lamp oświetleniowych L do L₃ dotyczące wykonania określonego działania, przykładowo dotyczące włączenia się względnie wyłączenia, lub też właściwego doboru jasności. Ten rodzaj telegramu należącego do grupy nadawanych dotyczy więc sterowania jasnością zewnętrznych instalacji oświetleniowych oraz jest również określany mianem telegramu dostosowawczego. Poza tym telegram należący do grupy nadawanych może również zawierać żądanie skierowane do lamp oświetleniowych Lj. do L₃ odnośnie zwrotnego przekazania danych o ich aktualnym stanie funkcjonowania względnie o parametrach pracy lub też o parametrach zebranych z pomiarów. Ponieważ w tym przypadku chodzi w pierwszym rzędzie o wymianę danych odnośnie urządzeń gotowości do działania, to w związku z tym tego rodzaju telegramy z grupy nadawanych określane są mianem telegramów systemowych.

W przeciwieństwie do tego telegram zwrotny pochodzi od lamp oświetleniowych L1 do L₃ oraz stanowi on zgłoszenie zwrotne skierowane do łącznika sieciowego 2. W konsekwencji lampa oświetleniowa L1 do L₃ generuje telegram zwrotny tylko wówczas, gdy uprzednio w następstwie wysłanego do niej telegramu z grupy telegramów nadawanych, dokładnie biorąc telegramu systemowego została do tego wezwana. Przykładowo może to nastąpić w ramach rutynowo skierowanego zapytania w rozumieniu mechanizmu wybiórczego. Ponieważ zapytania takie nie dotyczą bezpośrednio sterowania jasnością lamp oświetleniowych L do L₃, to w związku z tym mają one w porównaniu z telegramami użytkowymi niski priorytet.

Istotne jest, aby, lampy oświetleniowe L₁ do L₃ wysyłały od siebie nowy telegram zwrotny tylko wówczas oraz kierowały go do elektrycznej sieci zasilającej 1, gdy skierowane zostanie do nich odpowiednie żądanie. Można w ten sposób zapobiec, aby lampy oświetleniowe L do 03 samoistnie tworzyły telegramy we własnym zakresie i wysyłały je do zasilającej sieci elektrycznej. W przeciwieństwie do tego telegram zwrotny odebrany w ramach cyklu wysyłania i odbioru w zasadzie przesyłany jest dalej podczas następującego pośrednio lub bezpośrednio kolejnego cyklu nadawania i odbioru, dla zagwarantowania zgłoszenia zwrotnego skierowanego do łącznika sieciowego 2. Jedynym warunkiem możliwości zaistnienia dalszego przekazania telegramu jest to, aby odpowiedni zespół nadawczy i odbiorczy S1 do S3 odpowiedniej lampy oświetleniowej La do L₃ działał synchronicznie.

PL 207 017 B1

Kanał I wykorzystywany jest na koniec do tego celu, aby możliwe było przekazanie przez lampę oświetleniową do łącznika sieciowego 2 informacji o wydarzeniu nadzwyczajnym. Może to być przykładowo niezbędne wówczas, gdy w lampie oświetleniowej Li do L3 zaistnieje szczególne wydarzenie, przykładowo błąd względnie przekroczenie wielkości granicznych. Tego rodzaju telegram I zawiera informację o lampie oświetleniowej Li do L3 w której wystąpiła usterka, jak również stanowi identyfikację wydarzenia, przykładowo, o jakiego rodzaju usterkę chodzi. W przeciwieństwie do kanału zwrotnego wspomniany kanał asynchroniczny I może zostać zajęty przez lampy oświetleniowe Lj do L3 również wtedy, gdy nie zostały one wcześniej wezwane do tego w ramach emisji telegramu z grupy wysyłanych. Jednakże musi dotyczyć to odpowiednio ważnego wydarzenia. Odnośnie dalszej emisji telegramu I obowiązują te same warunki jak dla telegramu zwrotnego, tj. dla zaistnienia możliwości dalszego jego przesłania jednostka nadajnika i odbiornika Si do S3 odpowiedniej lampy oświetleniowej Li do L3 musi pracować synchronicznie.

Dzięki możliwości przesyłania telegramów należących do grupy telegramów nadawanych, zwrotnych oraz telegramów I podczas cyklu nadawania i odbioru efektywność przekazywania danych ulega wyraźnemu zwiększeniu, ponieważ w następstwie podziału uwarunkowanego czasem telegram z grupy wysyłanych przykładowo nie powinien przyczyniać się do stłumienia względnie wygaszenia przesyłania telegramu zwrotnego. W związku z tym łącznik sieciowy 2, który wysłał sygnał będący zapytaniem do lampy oświetleniowej Li do L3 nie musi czekać na odpowiedź, zanim przekaże on następne polecenie.

Aby mieć gwarancję, że przykładowo telegram z grupy telegramów nadawanych przekazywany przez łącznik sieciowy 2 do elektrycznej sieci zasilającej 1 dotarł również w rzeczywistości do przewidzianych przez program sterujący jako odbiorców lamp oświetleniowych Li do L3, zastosowano specjalny program przenoszenia danych, którego istotę wyjaśniono poniżej. Problematyka sposobu z wykorzystaniem energetycznej linii zasilającej polega mianowicie na tym, że zasięg sterowania w sieci z wykorzystaniem energetycznej linii zasilającej z uwagi na ograniczony maksymalny poziom nadawanego sygnału oraz występujące zakłócenia jak również tłumienie jest ograniczony. Aby zagwarantować, że informacja wprowadzona do sieci również rozpoznana będzie bezbłędnie, niezbędna jest jednak pewna minimalna dopuszczalna wartość pasma zakłócającego sygnał. Ze względu na własności fizyczne przewodów elektrycznych występować mogą jednak zjawiska tłumienia, które mają ten skutek, że pasmo zakłócające sygnał musi kształtować się poniżej tej wartości minimalnej.

Mechanizm służący do eliminowania sytuacji kolizyjnych znany z systemów bocznikowania, w przypadku których uczestnik połączenia tylko wówczas bez zakłóceń może wysyłać dane, jeśli na linii bocznikującej wytworzony zostanie stan dominujący, w sposobie z energetyczną liną zasilającą nie jest możliwy. Przyczyna tego wynika stąd, że dla elektrycznej sieci zasilającej nie można dobrać takiego stanu dominującego, który byłby wspólnie rozpoznawalny przez wszystkich uczestników połączenia w ramach tej sieci.

Rozwiązanie tego problemu zgodnie z wynalazkiem polega na tym, że poszczególne jednostki nadawcze oraz odbiorcze Si do S3 lamp oświetleniowych Li do L3 działają jako tzw. wzmacniacze regeneracyjne oraz nie wyłącznie dla ściśle określonego telegramu synchronicznie odtwarzają jego wzmocnienie. Dalsze przekazywanie telegramu odbywa się przy tym w pośrednio względnie bezpośrednio następującym cyklu nadawania i odbioru, synchronicznie z łącznikiem sieciowym 2 oraz z innymi jednostkami nadawczymi i odbiorczymi Si do S3.

Jeśli np. pokazany na fig. 3 łącznik sieciowy 2 emituje telegram z grupy telegramów wysyłanych, który przeznaczony jest dla lampy oświetleniowej L3, to wówczas w pierwszym cyklu nadawania i odbioru przykładowo jest on odbierany jedynie przez jednostkę nadawania i odbioru Si, który otrzymują sąsiadujące z nią bezpośrednio lampy oświetleniowe Li, a nie przez jednostki nadawania i odbioru S2 i S3 usytuowanych w kolejności lamp oświetleniowych L2 i L3 ponieważ w tym zakresie tłumienie przez elektryczna sieć zasilającą i jest już zbyt duże. W następującym po nim cyklu nadawania i odbioru telegram z grupy wysyłanych jest kolejno przekazywany jest przez jednostkę nadawania i odbioru Si lampy oświetleniowej Lj na powrót do zasilającej sieci elektrycznej i oraz odpowiednio do tego rozpoznawany przez jednostkę nadawania i odbioru SA środkowej lampy oświetleniowej L2. Ponieważ jednak telegram nie jest przeznaczony również dla środkowej lampy oświetleniowej L3, to w związku z tym jednostka nadawania i odbioru S2 w kolejnym cyklu na powrót wprowadza go do elektrycznej sieci zasilającej i, aż na koniec jest on odbierany przez jednostkę nadawania i odbioru S3 lampy oświetleniowej L3, do której telegram jest adresowany.

PL 207 017 B1

Dzięki temu mechanizmowi stwarzana jest gwarancja, że telegram wysłany przez łącznik sieciowy 2 również rzeczywiście odebrany będzie przez lampę oświetleniową do której jest on adresowany. Odnosi się to również do przypadku, gdy lampy oświetleniowe nie są połączone kolejno jak to przedstawiono, lecz tworzą one wspólnie sieć, przy czym nie jest niezbędne zapobieganie dalszemu emitowaniu telegramu, ponieważ rozprzestrzenia się on lawinowo na obszarze całej sieci.

W powyżej opisanym przykładzie lampy oświetleniowe L1 i L3 przekazują dalej telegramy, które odebrały one w odpowiadających im cyklach odbioru, w kolejnych bezpośrednio następujących po nich cyklach. Alternatywnie do tego istnieje jednak również możliwość dalszego przekazywania telegramu dopiero po pewnej przerwie, w późniejszych cyklach nadawania i odbioru.

Aby zapobiec temu, że jednokrotnie wysłany telegram ponownie przedostanie się do sieci zasilania elektrycznego i przy tym ponownie będzie powtarzany w obiegu zamkniętym typu pętli, telegramy opatrywane są indeksem względnie podobny mu symbol, dzięki któremu jednoznacznie są one rozpoznawane. Jeśli telegram ten będzie odebrany powtórnie w określonym momencie czasu przez jednostkę nadawania i odbioru, która ten telegram już wcześniej wyemitowała, to wówczas ponowna jego emisja zostanie stłumiona. Z kolei w opisanym powyżej przykładzie lampa oświetleniowa L3, dla której telegram był przeznaczony, również nie przekaże go dalej, jednakże tylko wówczas, gdy telegram był przeznaczony wyłącznie dla niej. Jeśli jednak telegram adresowany jest do grupy latarni oświetleniowych, to wówczas każda z latarń prześle dalej telegram za pierwszym razem, ponieważ tylko wtedy zaistnieje gwarancja, że rzeczywiście również wszystkie latarnie oświetleniowe otrzymały ten telegram.

W powyżej opisanym przykładzie za punkt wyjścia przyjęto to, że telegram wprowadzony do sieci zasilania elektrycznego 1 przez łącznik sieciowy 2 względnie przez jednostki nadawania i odbioru Si_do S3 odebrany został tylko przez sąsiadujące z nimi jednostki. Możliwe byłoby jednak do wyobrażenia sobie to, że telegram wprowadzony przykładowo do sieci zasilania elektrycznego 1 przez łącznik sieciowy 2 odebrany zostanie równocześnie przez jednostki nadawcze i odbiorcze Si i S2 obu latarń oświetleniowych Li i L2, ponieważ znajdują się one stosunkowo blisko łącznika sieciowego 2. Wspomniane jednostki nadawcze i odbiorcze SA i S3 będą wówczas w następnych cyklach nadawania i odbioru wprowadzały telegram do sieci. Ponieważ są one jednak zsynchronizowane ze sobą, to w związku z tym wzajemne wygaszanie się sygnałów nadawania i odbioru Si i S3 otrzymywanego sygnału jest eliminowane. W związku z tym dzięki koncepcji według wynalazku zsynchronizowana funkcja powtarzania przez poszczególne latarnie oświetleniowe gwarantuje to, że telegram wprowadzony w jednym miejscu do sieci niezawodnie oraz bezpiecznie będzie przez adresata odebrany.

Zalety opisanego uprzednio sposobu powinny wyjaśnić przytoczone poniżej figury 5 do 8. Figura 5 przedstawia przy tym schematycznie przekazywanie dalej do sieci telegramu z grupy telegramów wysyłanych, przy czym oś pionowa obrazuje czas, podczas gdy oś poprowadzona poziomo - odległość telegramu od początkowego miejsca emisji. Odległość jest przy tym podawana w tzw. logicznych stopniach powtarzania i odpowiada liczbie powtórzeń odbioru telegramu w cyklach oraz dalszego przekazywania w bezpośrednio powtarzających się po sobie cyklach.

W przedstawionym przykładzie przyjęto jako punkt wyjścia to, że sygnał wyemitowany przez wybraną jednostkę (zespół) odbierany jest wyłącznie przez jednostkę z nią sąsiadującą. Podwójna strzałka odpowiada przy tym takiemu zdarzeniu, w którym telegram skierowany został do sieci, podczas gdy okrąg oznacza, że uczestnik systemu jest przygotowany do odbioru telegramu. W przedstawionym przykładzie łącznik sieciowy NK kieruje przykładowo w cyklu 0 do uczestnika systemu nr 5 określony telegram, który w tym samym czasie odbierany jest od sąsiadującego z nim uczestnika systemu nr 1.

Ponieważ telegram przeznaczony jest dla uczestnika systemu nr 5, to w związku z tym uczestnik nr 1 wysyła w ramach cyklu 1 kolejny raz telegram do sieci, przy czym telegram ten tym razem odbierany jest przez sąsiedniego uczestnika systemu nr 2. Również ten przesyła telegram następnym cyklu nr 3 do sieci. W tym samym momencie czasu telegram wysyłany przez uczestnika systemu nr 2 odbierany będzie zarówno przez uczestnika systemu nr 1 jak i nr 3. Ponieważ jednak uczestnik systemu nr 1, rozpoznaje, że już wcześniej przekazał dalej ten telegram, to w związku z tym następuje dalsze przesyłanie telegramu w nadchodzącym kolejnym cyklu_3 wyłącznie przez uczestnika systemu nr 3, a uczestnik nr 1 tłumi korzystnie dalsze nadawanie. Przedstawiane tu dalsze przesyłanie telegramu kontynuowane jest w konsekwencji do czasu, aż otrzyma go uczestnik systemu nr 5, do którego telegram jest adresowany, oznaczony za pomocą trójkąta.

PL 207 017 B1

Istotne dla przedstawionego sposobu przekazywania jest to, że uczestnicy systemu połączeni przez sieć mają dla wysyłanych telegramów wspólną skalę czasową. Synchronizacja może być realizowana przykładowo w oparciu o śledzenie przez system momentu przechodzenia napięcia sieciowego przez punkt zerowy oraz jest ona samoistnie osiągana przez telegram, jak przedstawiono to w postaci przykładu na fig. 6. Przy tym podczas trwania cyklu 0 do sieci wprowadzany jest przez telegram, który, jak wcześniej opisano, rozprzestrzenia się w niej a zarazem łącznik sieciowy NK dostosowuje do siebie synchronizację wszystkich uczestników sieci. Synchronizacja poprawiana jest dodatkowo dzięki temu, że telegram synchronizacyjny wysyłany jest przez łącznik sieciowy NK oraz przez kolejnych uczestników sieci odpowiednio w dwóch następujących po sobie cyklach.

Wówczas, gdy łącznik sieciowy NK wysłał już telegram synchronizacyjny po raz drugi, niezbędny jest jeszcze pewien czas oczekiwania. W przedstawionym przykładzie czas trzech cykli, aż będzie mógł być nadany nowy telegram, aby zyskać gwarancję, że uprzednio wysłany sygnał rozprzestrzenił się wystarczająco daleko a zarazem stwierdzono zaistnienie wystarczającej synchronizacji. Również w przypadku tego nowego sygnału istnieje możliwość przedsięwzięcia określonej liczby powtórzeń, aby tym samym zwiększyć niezawodność przesyłania.

Figura 7 przedstawia rozprzestrzenianie się telegramów z grupy telegramów wysyłanych jak również meldunków potwierdzających telegramy zwrotne, przy czym poszczególne telegramy dla zwiększenia niezawodności ich przekazywania powtarzane są jednokrotnie.

W cyklu 0 w przedstawionym przykładzie łącznik sieciowy przesyła telegram systemowy, który kierowany jest do uczestnika systemu nr 3, oraz kieruje do niego żądanie zgłoszenia informacji o funkcjonowaniu. Tak jak i w wcześniejszych przykładach, telegram rozprzestrzenia się w ten sposób, że podczas cyklu nr 2 jest on przez uczestnika systemu nr 2 wprowadzany do sieci oraz odbierany przez uczestnika nr 3, co z kolei przedstawiono za pomocą trójkąta. Wspomniany uczestnik systemu nr 3 kieruje telegram z grupy wysyłanych podczas następnych cykli nr 3 i 4, jednakże nie dalej, leż zamiast tego wysyła telegram zwrotny, który adresowany jest do łącznika sieciowego NK oraz zawiera odpowiednie informacje. Telegram zwrotny rozprzestrzenia się w sieci we wszystkich kierunkach, aż na koniec podczas cyklu 5 jest on powtarzany przez pierwszego uczestnika systemu a zarazem odbierany jest przez łącznik sieciowy NK. Tym nie mniej już przed tym łącznik sieciowy mógłby wysłać kolejny telegram, ponieważ z uwagi na wprowadzony podział cykl na trzy kanały, telegramy z grupy wysyłanych oraz telegramy zwrotne mogą być kierowane niezależnie od siebie w różnych kierunkach ich emitowania. Przykład ten uwydatnia tym samym, że dzięki zastosowaniu podziału cyklu nadawania i odbioru na trzy niezależne kanały możliwe jest zwiększenie wydajności przesyłania danych.

Na koniec fig. 8 pokazuje przypadek, w którym uczestnik sieci nr 4z uwagi na zaistniałe wydarzenie nadzwyczajne wysyła telegram z grupy I, który przenoszony jest w powyżej opisany sposób do łącznika sieciowego niezależnie od wskazanych telegramów z grupy wysyłanych oraz telegramów zwrotnych.

Przedstawione przykłady wskazują wyraźnie, że przekazywanie dalej telegramów trwa tak długo, aż na koniec będą one odebrane przez adresatów. Ponieważ telegramy z grupy wysyłanych, telegramy zwrotne oraz telegramy z grupy I przemieszczają się niezależnie od siebie, to w związku z tym zapewniona jest duża efektywność przekazywania danych.

Powyżej opisany obieg danych z zastosowaniem systemu komunikacji z wykorzystaniem energetycznej linii zasilającej ma miejsce jedynie między łącznikiem sieciowym a lampami oświetleniowymi połączonymi między sobą za pomocą sieci elektrycznej. Natomiast dalsze transfery danych odbywają się za pośrednictwem innych technik komunikowania, które nie będą poniżej dalej wyjaśniane. Aby zapewnić każdej z poszczególnych lamp oświetleniowych możliwość indywidualnego względnie grupowego komunikowania się, przypisano lampom oświetleniowym adres roboczy, który z kolei podzielony jest na odpowiedni adres grupy oraz adres indywidualny. Adres roboczy może w szczególności zawierać informacje o topograficznym (geograficznym) usytuowaniu lampy oświetleniowej. Jak przedstawiono na fig. 1, lampy oświetleniowe oświetlenia zewnętrznego mogą wówczas być zlokalizowane na monitorze serwera centralnego 3 na powierzchni przedstawionej graficznie. Dodatkowo przedstawione być mogą stany poszczególnych lamp oświetleniowych, przykładowo ich aktualny stan dotyczący jasności względnie inne informacje, które dotyczą poszczególnych lamp oświetleniowych.

Zobrazowanie na powierzchni (monitora) w formie graficznej stwarza możliwość komunikowania się w szczególnie prosty i poglądowy sposób z konkretnymi elementami (zespołami) lamp oświetleniowych, aby móc przekazywać im indywidualne sygnały. W tym celu wybrane lampy względnie odpowiednie obszary mogą być zaznaczane za pomocą urządzeń wejściowych, przykładowo przy

PL 207 017 B1 użyciu myszy komputerowej. Lampy oświetleniowe usytuowane wewnątrz zaznaczonego obszaru mogą wówczas otrzymywać pożądane polecenia. Dzięki temu w prosty sposób można sterować pracą systemu instalacji zewnętrznych lamp oświetleniowych.

W celu określenia pozycji poszczególnych lamp oświetleniowych przewidzieć można wyposażenie każdej z lamp oświetleniowych w odpowiedni odbiornik GPS, który umożliwi dokładne określenie jej pozycji. Dane te, posługując się kolejnymi stopniami komunikowania, wprowadzić można do centralnego serwera 3 lub do centrali obsługi 4. Aby zaoszczędzić na kosztach odpowiedniego indywidualnego stosowania odbiorników GPS, można jednak również przewidzieć, że lampy oświetleniowe L, jak pokazano na fig. 2, przyłączone będą do odpowiedniego urządzenia GPS 7, w związku z czym, przykładowo, podczas instalowania wprowadzone zostaną do pamięci numerycznej odpowiednie dane o miejscu zlokalizowania lamp oświetleniowych) L.

Dane o lokalizacji przestrzennej wprowadzone do zespołu lampy oświetleniowej L mogą poza tym znaleźć również zastosowanie przy innych funkcjach według wynalazku realizowanych przez lampę. Mają one mianowicie możliwość funkcjonowania w pewnej mierze autonomicznego wówczas, gdy nie otrzymują sygnałów (poleceń) z zewnątrz. Możliwość tę stworzono w ten sposób, że lampy oświetleniowe L wyposażone są w pamięć, w której gromadzone są ostatnio odebrane przez nie sygnały (polecenia) dotyczące jasności świecenia. Polecenia te stanowią wykaz działań, przetwarzanych samoistnie przez lampę oświetleniową wówczas, gdy nie otrzymuje ona nowych sygnałów (poleceń) do wykonania. Do tego celu lampy wyposażane są w zegar wewnętrzny, który zapewnia dostosowaną dokładnie do aktualnego czasu realizację działań według wykazu, w związku z czym lampa oświetleniowa przykładowo wieczorem o godz. 20:00 włącza się samoczynnie oraz rano o godz. 7:00 na powrót się wyłącza. Synchronizacja zegara wewnętrznego może być przykładowo dostosowywana do danych czasowych przekazywanych za pośrednictwem sieci elektrycznej.

Dodatkowe ulepszenie tej tzw. funkcji samoczynnego działania uzyskuje się dzięki temu, że nie są przesyłane żadne polecenia trwale uwarunkowane czasem, lecz jedynie sygnały (polecenia) relatywnie z nim związane, które dostosowują się do położenia słońca. Do tego celu posłużyć mogą dane o położeniu otrzymane za pomocą urządzenia GPS 7, jak również z wykorzystaniem zegara dotyczące daty i godziny. W oparciu o te dane może być wyliczone aktualne położenie słońca, w związku z czym lampy oświetleniowe L włączają się automatycznie przykładowo pół godziny przed zachodem słońca z uwzględnieniem jasności, odpowiadającej 50% jasności maksymalnej. W momencie odpowiadającym zachodowi słońca jasność świecenia może zostać zmieniona na jej wielkość maksymalną.

W uzupełnieniu do obliczeń danych dotyczących położenia słońca względnie alternatywnie do nich lampy oświetleniowe mogą zostać wyposażone również w czujnik światła 8 przestawiony na fig. 2 i 3, którego sygnał wejściowy uwzględniany będzie przy sterowaniu jasnością lampy oświetleniowej L. Dane odbierane od czujnika światła 8 mogą być następnie przekazywane w ramach cyklicznych sygnałów zapytań kierowanych do serwera centralnego 3, aby tym sposobem w centralnej jednostce sterującej uwzględnić można było odpowiednie informacje odnośnie sterowania urządzeniem. Poza tym lampy oświetleniowe mogą być wyposażane w inne czujniki umożliwiające odbiór parametrów dotyczących otaczającego środowiska, przykładowo temperatury lub tym podobnych.

Czujnik pokazany na fig. 2 i 3 może być przeznaczony ogólnie do reagowania na parametry otaczającego środowiska, które następnie uwzględniane są przy spełnianiu otrzymywanych poleceń. Przykładowo czujnik może być stosowany do uwzględniania temperatury lub w przypadku wystąpienia mgły. Na koniec możliwe byłoby również do pomyślenia zainstalowanie czujnika uchylnego, za pomocą którego można by stwierdzić, czy lampa oświetleniowa pod wpływem oddziaływań zewnętrznych przykładowo kolizji lub tym podobnych nie uległa uszkodzeniu względnie pochyleniu.

Wykaz działań odnoszących się do funkcji spełnianych samoistnie przez lampę oświetleniową L sporządzany jest, jak już opisano, na tej podstawie, że w konsekwencji lampa oświetleniowa podczas regularnego funkcjonowania gromadzi w pamięci otrzymywane sygnały (polecenia). Samoistne funkcjonowanie może być alternatywnie zastosowane również w tym celu, aby lampom oświetleniowym L w początkowej fazie pracy jednorazowo można było przekazać odpowiedni wykaz czynności. W kolejnej fazie ich pracy nie są jednak kierowane do nich żadne dodatkowe sygnały (polecenia). Lampy oświetleniowe funkcjonują wówczas samoistnie tak długo, aż otrzymają we właściwym późniejszym czasie nowe polecenia. Wprowadzanie do pamięci odpowiedniego wykazu czynności może odbywać się alternatywnie do tego również za pośrednictwem złącza standardowego sposobem z energetyczną linią zasilającą, przez które przyłączony będzie przykładowo laptop 9 względnie temu podobne

PL 207 017 B1 urządzenie. W ten sposób lampy oświetleniowe L mogą być programowane niezależnie od instalacji oświetlenia zewnętrznego i dodatkowo mogą one funkcjonować samodzielnie.

Instalacja oświetlenia zewnętrznego według wynalazku odznacza się w związku z tym wielorakimi możliwościami funkcjonowania poszczególnych lamp oświetleniowych, które przy uwzględnieniu odpowiednich parametrów warunków otoczenia mogą w dużej mierze funkcjonować w dużej mierze niezależnie, równocześnie jednak również przystosowane są do wszechstronnej wymiany danych z innymi lampami oświetleniowymi względnie z centralną jednostką sterującą. Umożliwione jest przy tym, dzięki zastosowaniu funkcji wzmacniacza regeneracyjnego lamp oświetleniowych, również niezawodne przekazywanie danych na większe odległości z wykorzystaniem sieci zasilania elektrycznego, bez potrzeby stosowania do tego celu dodatkowych przewodów do transferu danych.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób sterowania urządzeniami elektrycznymi, a zwłaszcza lampami oświetleniowymi (L), przyłączonymi do wspólnej sieci zasilania elektrycznego (1), w którym urządzenia elektryczne wymieniają między sobą informacje poprzez sieć zasilania elektrycznego (1) z wykorzystaniem technologii transmisji danych przez sieć elektroenergetyczną, przy czym urządzenia elektryczne są ze sobą tak zsynchronizowane, że odbierają lub wysyłają informację w uprzednio ustalonych cyklach transmisji i odbioru, znamienny tym, że cykl transmisji i odbioru jest podzielony na co najmniej dwa odcinki czasu, przy czym w pierwszym odcinku czasu komendy sterowania lub zapytania przekazuje się do urządzeń elektrycznych, a w drugim odcinku czasu, oddzielonym czasowo od pierwszego odcinka czasu, następuje od urządzeń elektrycznych przekaz informacji o działaniu lub stanie tych urządzeń.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas pierwszego okresu czasu za pomocą jednostki sterowania (2) cyklicznie przekazuje się do urządzeń elektrycznych przyłączonych do sieci zasilania elektrycznego (1) zapytania dotyczące ich warunków działania.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jednostka sterowania (2) przerywa cykliczne przekazywanie zapytań dla przekazania komendy sterowania do urządzenia elektrycznego.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że cykl transmisji i odbioru dzieli się na trzy odcinki czasu, przy czym w trzecim odcinku czasu od urządzenia elektrycznego następuje przekaz raportów o zdarzeniach.
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienny tym, że każde urządzenie elektryczne przekazuje ponownie do sieci zasilania elektrycznego (1) informację odebraną w jednym cyklu transmisji i odbioru w następującym po nim pośrednio lub bezpośrednio cyklu transmisji i odbioru.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że urządzenie elektryczne przekazuje ponownie do sieci zasilania elektrycznego (1) informację odebraną w jednym cyklu transmisji i odbioru w następującym po nim pośrednio lub bezpośrednio cyklu transmisji i odbioru jedynie wtedy, gdy informacja ta nie jest przeznaczona wyłącznie dla tego urządzenia elektrycznego.
7. 7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że urządzenia elektryczne przekazują informację przeznaczoną do przesłania do sieci zasilania elektrycznego (1) podczas z góry określonej liczby kolejnych cykli transmisji i odbioru.
8. 8. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że etap ponownego przekazywania przez urządzenie elektryczne informacji do przesłania do sieci zasilania elektrycznego (1) pomija się w sytuacji, gdy informacja ta została już przekazana wcześniej.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że lampa oświetleniowa (L) przechowuje przynajmniej część otrzymanej informacji, która w formie komend sterowania dotyczy sterowania jasnością tej lampy oświetleniowej (L) i samoczynnie w sposób powtarzalny realizuje te komendy tak długo, dopóki nie otrzyma przeciwnej informacji.
10. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że do lampy oświetleniowej (L) przekazuje się komendy sterowania zawierające wskazanie czasu względnego w odniesieniu do wysokości słońca, zaś lampa oświetleniowa wylicza (L) czas rzeczywisty dla wykonania komendy na podstawie informacji o czasie i dacie oraz informacji o położeniu.
11. 11. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że podczas wykonywania komend sterowania przez lampę oświetleniową (L) mierzy się parametry otoczenia takie, jak jasność czy temperatura.
12. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że podczas wykonywania komend sterowania przez lampę oświetleniową (L) mierzy się jasność otoczenia.