AT1860U1 - Dezentral organisiertes steuersystem für elektrische schaltkreise - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein dezentral organisiertes Steuersystem für elektrische Schaltkreise, wobei Verbraucher (3, 4) über von Ansteuereinheiten (1) schaltbare Schaltelemente (6) an ein Versorgungsnetz (5) angeschlossen sind und zur beliebigen Ansteuerung der Schaltelemente (6) vorgesehen ist, daß die Informationsübertragung durch Senden der Kanalnummer über ein zweipoliges, abgeschirmtes Buskabel (2) erfolgt, wobei der Schirm als Masse dient und die beiden Innendrähte (2b, 2c) für die positive Spannungsversorgung (2b) und für die Datenleitung (2c) zur Verfügung stehen.

Description

AT 001 860 Ul

Die Erfindung bezieht sich auf ein dezentral organisiertes Steuersystem für elektrische Schaltkreise, wobei Verbraucher über von Ansteuerelementen schaltbare Schaltelemente an ein Versorgungsnetz angeschlossen sind. Sie bezieht sich insbesondere auf ein System zur Steuerung elektrischer Schaltkreise für große Gebäude und Gebäudekomplexe mit dem Ziele, von jeder gewünschten Stelle selektiv auf jeden am System angeschlossenen Verbraucher zugreifen zu können, ohne Notwendigkeit, dicke und unüberschaubare Kabelbäume verlegen zu müssen.

Serielle Infonnationsübertragungssysteme sind beispielsweise aus der Zeitschrift “Electronic“, Heft 19, 1982, Seiten 88-96, bekannt. In der Kommunikationstechnik werden sog. lokale Netzwerke eingesetzt, bei denen über einen Datenbus eine Vielzahl von Teilnehmern gekoppelt wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß über ein einziges Informationsübertragungssystem ein uneingeschränkter Informationsaustausch zwischen den angeschlossenen Teilnehmern möglich wird. Dabei ist das ganze System sehr variabel, da neue Teilnehmer nicht über gesonderte Leitungen mit allen bereits bestehenden Teilnehmern verbunden werden müssen, sondern lediglich ein Anschluß an den Datenbus erforderlich ist.

Weitere Anwendungen dieser Technik beschreiben beispielsweise US Pat.Nr 5,059,871, US Pat.Nr 4,484,190 und GB Pat.Nr 2,187,866.

So beschreibt GB 2,187,866 ein Beleuchtungskontrollsystem, das zur Signalübertragung zwischen Microcomputem ein Niederspannungsnetz verwendet. Die Microcomputer bestimmen die einzelnen Schaltfunktionen entsprechend den in einem ROM gespeicherten Befehlen und den in einem RAM gespeicherten Schaltzuständen der einzelnen Schalter. Nachteilig bei diesem System ist, daß jeder Schaltfunktion nur ein einziger Schalter zugeordnet werden kann.

Dem gegenüber ermöglicht US 5,059,871 das Bedienen einer Funktion auch von mehreren Stellen aus, hat jedoch den Nachteil, daß pro angestrebter Funktion (ON-OFF,UP- 2 AT 001 860 Ul DOWN) separate Schalter benötigt werden, wodurch die einzelnen Ansteuereinheiten infolge der Vielzahl an Schaltknöpfen unübersichtlich werden.

Das auf dieser Technik beruhende EIB-System und seine Anwendungen arbeiten auf Basis der Zwei-Draht-Technik, wobei die Datensignale auf die Versorgunsspannung aufmoduliert werden.

Aufgabe der Entwicklung ist es, ein Steuersystem so auszuführen, daß *von jeder beliebigen Station aus alle Funktionen bedient und kontrolliert werden kön nen; * für jede Funktion nur ein Schaltknopf benötigt wird; * durch kompakten Aufbau der Ansteuereinheit in einer handelsüblichen Unterputzdose (0 70mm) Platz gefunden wird; * ein nachträglicher Einbau i.a. ohne Stemmarbeiten in bereits bestehende Elektroinstallationsanlagen möglich ist; * Kopplungen mit dem Netz, welche mit höherer Störanfälligkeit verbunden sind, vermieden werden; * eine möglichst große Anzahl an Verbrauchern (z.B. Beleuchtungskörper, Türöffiier, Heizstrahler, Alarmanlage, Motoren etc.) bedient werden kann; * Sende- und Empfangseinheit eine Baugruppe bilden; * die Erweiterung durch zusätzliche Ansteuereinheiten, gleichgültig an welcher Stelle, jederzeit möglich ist.

Dies wird ausgehend von dem eingangs angeführten Steuersystem dadurch erreicht, daß die Informationsübertragung zu den Ansteuereinheiten über ein zweipoliges, abgeschirmtes Buskabel erfolgt, wobei der Schirm als Masse dient und die beiden Innendrähte für die positive Spannungsversorgung und für die Datenleitung zur Verfügung stehen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß jede Ansteuereinheit durch binäre Kodierung festgelegte Kanäle aufweist und zur Informationsübertragung die Kanalnummer seriell ohne Kanalinhalt gesendet wird und die EIN-AUS-Funktion der Schaltelemente durch Invertierung des Ist-Zustandes, die Dimmfunktion durch Hinauf-bzw. Herabsetzen eines über die Software realisierten Zählers erzeugt wird und die Phase der Netzspannung dem Zählerstand entsprechend angeschnitten wird. 3 AT 001 860 Ul

Bei Betätigen eines Tastschalters wird eine serielle Information auf den Datenbus gelegt, die sowohl die angestrebte Funktion als auch eine dieser zugeordnete Betriebskontrolleuchte über einen Microcontroller aktiviert.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben:

Figur 1: Schematische Übersichtsdarstellung des erfindungsgemäßen Steuerungssystems Figur 2: Äußeres Erscheinungsbild einer Ansteuereinheit Figur 3: Buskabel Figur 4: Bus-Interface

Figur 5: Schematische Darstellung der Bauelemente und des Funktionsablaufs einer Ansteuereinheit.

Die Zeichnungen zeigen im einzelnen:

Figur 1

In dem in Figur 1 schematisch dargestellten Steuersystem werden die einzelnen Verbraucher (3,4) über eine Netzleitung (5) und über ein Schaltelement (6) versorgt. Um die Verbraucher dezentral zu steuern, sind die Schaltelemente (6) an der. jeweils nächstgelegenen Ansteuereinheit (1) bzw. Empfängermodul (7) angeschlossen (8). Die Ansteuereinheiten (1) sind ihrerseits über das Datankabel (2), welches neben der Datenleitung auch die Spannungsversorgung führt, verbunden. Eine Ansteuereinheit ist als handelsüblicher Tastschalter (9) dargestellt, welcher über ein Sendemodul (10 ) seine Information auf den Datenbus (2) legt.

Figur 2 zeigt eine Ansteuereinheit (1) mit acht Tastern (11) und den ihnen zugeordneten Kontrolleuchtdioden (12). Einer der Taster (11a) ist mit einer Dimmfunktion ausgestattet, wobei die linke Diode (12a) 100% Ansteuerung anzeigt, die rechte (12b) die Zwischenstufen.

Figur 3 zeigt das Buskabel (2), wobei (2a) den Schirm darstellt, (2b) die positive Versorgungsleitung und (2c) die eigentliche Datenleitung. 4 AT 001 860 Ul

Figur 4 zeigt das Interface der seriellen Schnittstelle des Microcontrollers (18) zum bidirektionalen Datenbus (2). Über den Ausgang (13) läuft das zu sendende Byte über einen Inverter (14a) und eine Diode (15) auf den Bus (2) und wird gleichzeitig über einen weiteren Inverter (14b) auf den seriellen Prozessoreingang (16) gelegt. Der Widerstand (17) dient als pull down-Widerstand.

Figur 5 zeigt ein Blockdiagramm des Schaltungsaufbaus eines Ansteuerelements (1) mit Taster (11), Tri-State-Latch (19), Microcontroller (18), adressierbarem Latch (20), Bus-Interface (21), Schaltelementen (6) und Kontrolleuchtdioden (12).

Herzstück jeder Ansteuereinheit (1) ist ein Microcontroller (18) der 8051 Familie. Über ein vorgeschaltetes Latch (19) mit Tri-State Ausgängen wird über die Software geprüft, ob einer der Tastknöpfe (11) betätigt wird. In diesem Fall wird die Adresse, welche softwaremäßig dem betätigten Taster (11) zugewiesen wurde, über die serielle Schnittstelle (13), einen Inverter (14a) und eine Diode (15) auf den Datenbus (2) gelegt. Dieser kann jede beliebige, den Örtlichkeiten angepaßte Form annehmen. Die ausgesendete Information wird gleichzeitig von allen Stationen empfangen, darunter auch von derjenigen, die sie ausgesendet hat. Die Informationsübertragung über die Zustände (EIN-AUS, Dimmer AUF-AB) wird nur durch Senden der jeweiligen Kanalnummer erreicht, ohne Notwendigkeit einen Kanalinhalt zu übermitteln. Das Schalten der Netzspannung erfolgt über Schaltelemente (6), welche durch einen integrierten Optokoppler galvanisch vom Netz getrennt sind. Sobald der Datenbus (2) besetzt ist, wird über ein Interrupt die Empfangsroutine aufgerufen und gleichzeitig die Senderoutine gesperrt, so daß Kollisionen am Bus vermieden werden. Die Versorgungsspannung erfolgt über das Buskabel (2), das an ein handelsübliches Netzgerät (maximal 30 V) angeschlossen ist, welches zweckmäßigerweise im Verteilerkasten montiert wird.

Bei der EIN-AUS-Funktion wird im Empfänger der Zustand des angesprochenen Kanals invertiert und in einem adressierbaren Latch (20) gespeichert, wobei vom selben Ausgangspin gleichzeitig sowohl das dem jeweiligen Verbraucher (3,4) zugeordnete Schaltelement (6) als_auch eine ebenfalls zugeordnete Kontrolleuchte (12) angesteuert wird. Bei 5 AT 001 860 Ul der Dimm-Funktion, welche durch längeres Drücken des Tasters (11a) aktiviert wird, wird nach jedem gesendeten Impuls ein über die Software realisierter Zähler entweder hinauf oder hinunter gesetzt und die Phase der Netzspannung dem Zählerstand entsprechend angeschnitten.

Die Kapazität des Systems ist in der Grundausführung auf 256 Funktionen ausgelegt; durch geringfügige Programmodifikationen kann durch Senden weiterer Bytes der Funktionsumfang gesteigert werden.

Jede Ansteuereinheit (1) verfügt in der Standardausführung maximal über 8 Taster (11) und die dazugehörigen Kontrolleuchtdioden (12). Wenn gewünscht, ist es auch möglich, von einer Ansteuereinheit (1) auf mehr als acht Funktionen zuzugreifen, wobei sich natürlich der Platzbebarf entsprechend vergrößert. Desgleichen sind weitere Funktionen, wie z.B. ein General-AUS oder ähnliches, hinzufügbar.

Da die Informationsübertragung zwischen Sende- und Empfangsteil der sendenden Ansteuereinheit (1) ebenfalls ausschließlich über den Datenbus (2) erfolgt und nicht intern über die Software, sind Busstörungen, z.B. Kurzschlüsse, leicht erkennbar (siehe Figur 4).

Mit Ausnahme der Schaltelemente (6) sind alle erwähnten Bauteile auf einer Platine montiert, die in einer Standard-Unterputzdose Platz findet.

Das System ist jederzeit und an jeder beliebigen Stelle erweiterbar, ohne die bereits bestehende Installation verändern zu müssen. Weiters kann das System auch nachträglich zu bereits bestehenden konventionellen Elektroinstallationen hinzugefügt werden. Neben den Ansteuereinheiten (1) in Standardausführung, die Sende- und Empfangseinheit auf einer Platine vereinen, ist durch Verzicht auf den Sende- oder Empfangsteil der Aufbau eines noch kompakteren Empfangs- (7) bzw. Sendemoduls (10) möglich. Auf diese Weise können auch handelsübliche Wipptaster (9) verwendet werden, wobei das Modul (10) in der selben Unterputzdose Platz findet. 6

Claims (8)

1. AT 001 860 Ul Ansprüche 1. Dezentral organisiertes Steuersystem für elektrische Schalltreise, wobei Verbraucher (3, 4) über von Ansteuerelementen (1) schaltbare Schaltelemente (6) an ein Versorgungsnetz (5) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsübertragung zu den Ansteuerelementen (1) über ein zweipoliges, abgeschirmtes Buskabel (2) erfolgt, wobei der Schirm (2a) als Masse dient und die beiden Innendrähte (2b, 2c) für die positive Spannungsversorgung (2b) und für die Datenleitung (2c) zur Verfügung stehen, wobei jedes Ansteuerelement (1) durch binäre Kodierung festgelegte Kanäle aufweist und zur Informationsübertragung die Kanalnummer seriell ohne Kanalinhalt gesendet wird und die EIN-AUS-Funktion der Schaltelemente (6) durch Invertierung des Ist-Zustandes, bei der Dimmfunktion durch Hinauf-bzw. Herabsetzen eines über die Software realisierten Zählers erzeugt wird und die Phase der Netzspannung dem Zählerstand entsprechend angeschnitten wird.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Funktionsablauf mittels Microcontroller (18) gesteuert wird.
3. 3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankoppelung an die Busleitung (2) senderseitig über einen Inverter (14a) und eine Diode (15), empfängerseitig nur über einen Inverter (14b) abläuft (Figur 4).
4. 4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro Ansteuereinheit (1) ein Senden und Empfangen gleichzeitig erfolgt, um allfällige Störungen des Buskabels (2) leichter erkennen und lokalisieren zu können (Figur 4).
5. 5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, die Zuordnung der Kanalnummer der Ansteuereinheit (1) jederzeit durch Neuprogrammierung änderbar ist.
6. 6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ansteuereinheit (1) pro den einzelnen Funktionen (EIN-AUS, Dimmer) zugeordneten Kanälen einen 7 AT 001 860 Ul Tastschalter (11) aufweist.
7. 7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ansteuereinheit (1) zugeordneten Platine für
8. 8 Funtionen in einer Standard 70 mm Unterputzdose Platz findet. 8