Einrichtung zur Informationsübertragung über ein elektrisches Versorgungsnetz von einer Anzahl an das Netz angeschlossener
Signalsender zu einer Empfangseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Informationsübertragung über ein elektrisches Versorgungsnetz von einer Anzahl an das Netz angeschlossener Signalsender zu einer Empfangseinrichtung.
Es ist bekannt, Informationen über den Stand der Zäh ler von Verbrauchsmessern für Elektrizität, Gas, Wasser oder dergleichen über das elektrische Versorgungsnetz zu übermitteln. Die Frequenz der Informationssignale liegt dabei im Tonfrequenzbereich. Die Signale werden über Schwingkreise beim Sender ein- und beim Empfänger ausgekoppelt. Da eine Vielzahl von Sendern benötigt wird, bewirken an diesen vorgenommene Vereinfachungen beträchtliche Kostensenkungen. Einem solchen Zweck dient auch die vorliegende Erfindung. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass Mittel vorgesehen sind, die Informationssignale mit einer Frequenz, die kleiner als die Netzfrequenz ist, dadurch erzeugen, dass diese Mittel eine Last periodisch mit der für die Informationssignale vorgesehenen Frequenz an das Netz anschalten.
Die Frequenz der Informationssignale beträgt dabei vorzugsweise 25 Hz. Der bei bekannten Einrichtungen verwendete Schwingkreis wird hier durch eine Last ersetzt. Die Last kann durch einen Widerstand dargestellt sein. Es muss dann dafür gesorgt werden, dass die während der Anschaltung im Widerstand erzeugte Wärme abgeführt wird. Um eine Wärmeerzeugung im Sender zu verhindern, kann die Last auch kapazitiv sein. Hierbei liegen die Kosten jedoch etwas höher als bei einer ohmschen Last. Der von einem derartigen Sender erzeugte, z. B. 25-Hz-Signalpegel liegt sehr hoch, dies ist jedoch wegen der unmittelbaren Nähe der Netzfrequenz von 50 Hz auch erforderlich. Der Empfänger muss aus diesem Grunde auch mit relativ guten und teuren Filtern ausgerüstet sein, da aber im Gegensatz zu der Vielzahl von Sendern ein Empfänger benötigt wird, ist dieser Nachteil nur von untergeordneter Bedeutung.
Die Last wird z. B. während jeder zweiten Periode der Netzspannung für die Dauer einer Periode an das Netz geschaltet. Die Anschaltung kann durch elektronische Schaltmittel oder mechanisch mit Hilfe eines 25-Hz-Resonanzrelais erfolgen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Fig. dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen elektronisch gesteuerten Sender mit einer Kondensatorlast,
Fig. 2 einen elektronisch gesteuerten Sender mit einer ohmschen Last und
Fig. 3 einen mechanisch gesteuerten Sender mit einer Kondensatorlast.
In den Zählgeräten 1 und 2 in der Fig. 1 sind Umschalter 3 und 4 dargestellt, die jeweils nach Verbrauch einer bestimmten Menge ihre Schalterstellung wechseln. In damit verbundenen Kodiergeräten 5 und 6 wird der Stand des zugehörigen Zählgerätes kodiert und durch die Stellung von einzelnen Schaltern 7 beziehungsweise 8 gespeichert. Die Kodiergeräte 5 und 6 enthalten weiterhin Schaltvorrichtungen 9 beziehungsweise 10 und von diesen betätigte Umschalter 11 beziehungsweise 12.
Nach dem Verbrauch einer bestimmten Menge wird zum Beispiel im Zählgerät 1 der Umschalter 3 umgelegt.
Dadurch wird die Schaltvorrichtung 9 durch die anliegende Phasenspannung P-O eines elektrischen Versorgungsnetzes erregt und bewirkt in bekannter Weise durch eine Drehbewegung über eine mechanische Kodiervorrichtung die Umschaltung von einem oder mehreren der Schalter 7, deren Stellung nun dem neuen kodierten Zählerstand im Gerät 1 entspricht. Gleichzeitig wird der Umschalter 11 umgelegt; dadurch wird der Stromkreis wieder unterbrochen und die Schaltvorrichtung fällt ab.
Der Sender wird durch eine nicht dargestellte Aufrufeinrichtung in Betrieb gesetzt. Diese kann z. B. aus einem Rundsteuerempfänger bestehen, der zur gegebenen Zeit ein von einer Zentrale ausgesandtes Rundsteuersignal erhält. Weiterhin kann sie Verzögerungseinrichtungen enthalten, wodurch eine grössere Anzahl von Sendern nacheinander angesteuert wird.
Der Aufruf eines Senders bewirkt, dass ein Wählarm 13 betätigt wird und einen Umlauf vollführt. Während dieser Zeit tastet er nacheinander die einzelnen Kontakte der die Zählerstände in kodierter Form enthaltenden Schalter einer grösseren Zahl von Zählern ab. Die Geschwindigkeit des Wählarmes 13 muss so gewählt werden, dass während der Abtastdauer eines Kontaktes mit Si cherheit eine Information darüber ausgesandt werden kann, ob der betreffende der Schalter 7 beziehungsweise 8 geschlossen oder geöffnet ist Bei geschlossenem Schalter liegt der Sender über diesen Schalter an der Phasenspan nung P-O und es kann ein 25-Hz-Signal an das Netz abge geben werden. Ist der Schalter geöffnet, dann kann der
Sender nicht aktiviert werden und es wird kein Signal aus gesandt, was entsprechend ausgewertet wird.
Während des Umlaufs des Wählarmes 13 werden von der Aufrufeinrichtung ein Schalter 14 geschlossen und ein
Schalter 15 geöffnet. Durch den Schalter 15 wird verhin dert, dass während der Aussendung der Zählerstandsin formationen die Stellung der Schalter 7 und 8 verändert wird.
Die Sendeeinrichtung selbst enthält eine Reihenschal tung eines Lastkondensators 16 und einer Parallelschal tung eines steuerbaren Gleichrichters 17 und einer Diode
18, weiterhin in Reihe mit dem Schalter 14 einen Wider stand 19, eine Diode 20 und einen Kondensator 21. Paral lel zum Kondensator 21 liegen die Reihenschaltung aus einem Widerstand 22 und der Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors 23 sowie die Reihenschaltung eines
Widerstandes 24, der Emitter-Kollektorstrecke eines Tran sistors 25 und der Parallelschaltung eines Widerstandes
26, einer Diode 27 und der Zündelektroden-Kathoden strecke des steuerbaren Gleichrichters 17. Die Basis des
Transistors 23 ist über einen Widerstand 28 mit dem Kon densator 16 und die Basis des Transistors 25 mit dem Kol lektor des Transistors 23 verbunden.
Der Sender wird nur aktiviert, wenn der Wählarm 13 an einem Kontakt liegt, dessen zugehöriger Schalter 7 be ziehungsweise 8 geschlossen ist. Der Funktionsablauf ist dann wie folgt: Bei negativer Halbwelle der Phasenspan nung P-O ist die Diode 18 leitend und das Potential des
Punktes 29 befindet sich auf dem Potential der Leitung 0, das heisst auf Null-Potential. Wenn die negative Halbwelle ihr Maximum erreicht hat, liegt bei einer Phasenspannung
P-O von 220 V eine Spannung von 220 = 314 V am
Kondensator. Da sich der Kondensator während des fol genden Spannungsanstieges nicht über die Diode 18 entla den kann, steigt das Potential des Punktes 29 bis zum nachfolgenden Maximum der positiven Halbwelle auf 628
V an.
Die Spannung zwischen dem Punkt 29 und der Lei tung 0 bewirkt auch über den geschlossenen Schalter 14 die Aufladung des Kondensators 21, so dass an diesem eine Spannung von etwa 20 V liegt. Der Transistor 23 ist über den Widerstand 28 in der Weise steuerbar, dass er bei einer Spannung von mehr als 30 V zwischen dem
Punkt 29 und der Leitung 0 leitend und bei einer Span nung von weniger als 30 V gesperrt ist Sinkt nun das Po tential des Punktes 29 während der folgenden Halbpe riode der Netzspannung auf den Wert 0 V ab, dann wird der Transistor 23 bei dem genannten Spannungswert nicht leitend. Dies hat zur Folge, dass der Transistor 25, der vorher gesperrt war, nun leitend wird.
Der Kondensator
21 kann sich nun über den Widerstand 24, den Transistor
25 und, da der Widerstand 26 relativ hochohmig ist, über den gesteuerten Gleichrichter 17 entladen, der dadurch gezündet wird. Über diesen kann nun eine gegenüber der
Netzspannung voreilende positive Stromhalbwelle flies sen. Beim Stromnulldurchgang wird der steuerbare Gleich richter 17 wieder gesperrt und die folgende negative
Stromhalbwelle fliesst über die Diode 18 und lädt den
Kondensator 16 wieder auf. Hieran schliesst sich der be reits beschriebene Vorgang wieder an. Während der fol genden Periode vermag kein Strom zu fliessen, da erst der Kondensator 21 wieder aufgeladen werden muss. Der Strom über dem Kondensator 16 wird daher nach jeder Periode für jeweils eine Periode unterbrochen. Er enthält somit eine 25-Hz-Grundwelle. Diese kann im Empfänger ausgefiltert und registriert werden.
Da die Sendeeinrichtung und der Empfänger synchron arbeiten, kann im Empfänger festgestellt werden, welche der Schalter 7 beziehungsweise 8 geschlossen und welche geöffnet sind.
Die Fig. 2 stellt einen elektronisch gesteuerten Sender mit einer ohmschen Last dar. Als Last dient ein Widerstand 30. Anstelle der Zähl- und Kodiergeräte 1 bis 12 sowie des Wählarms 13 in der Fig. 1 wird hier der Einfachheit halber nur ein Schalter 31 gezeigt, der die gleichen Funktionen besitzen soll. In Reihe mit dem Widerstand 30 liegen zwei antiparallel geschaltete steuerbare Gleichrichter 32 und 33. Die Zündschaltungen dieser beiden steuerbaren Gleichrichter bestehen aus Widerständen 34 bis 39, Dioden 40 bis 43 und Kondensatoren 44 und 45.
Der Schalter 46 besitzt die gleiche Funktion wie der Schalter 14 in der Fig. 1.
Werden die Schalter 46 und 31 geschlossen, dann wird während der folgenden negativen Halbwelle der Netzspannung der Kondensator 45 über die Dioden 42 und 43 sowie die Widerstände 39 und 30 aufgeladen. Der Punkt 47 wird dadurch positiv gegenüber dem Punkt 48. Gegen Ende der negativen Halbwelle beginnt der Kondensator 45, sich über die Zündelektroden-Kathodenstrecke des steuerbaren Gleichrichters 33 und den Widerstand 38 zu entladen und bereitet den steuerbaren Gleichrichter 33 zur Zündung vor. Der Widerstand 37 ist sehr hochohmig.
Die Zündung des steuerbaren Gleichrichters 33 erfolgt jedoch erst im Nulldurchgang der Netzspannung. Während der folgenden positiven Halbwelle fliesst ein Strom über den Widerstand 30 und den steuerbaren Gleichrichter 33.
Das Potential des Punktes 49 liegt dabei auf dem konstanten Potential der Leitung 0, das heisst auf Nullpotential.
Hierdurch wird während dieser Halbwelle eine Aufladung des Kondensators 44 über die Diode 40 ermöglicht. Auf diese Weise kann bei Beginn der nächsten negativen Halbwelle der steuerbare Gleichrichter 32 gezündet werden, so dass dieser den Strom ohne Unterbrechung übernimmt. Nach Beendigung dieser Halbwelle wird der Stromfluss für eine Periode unterbrochen, da zuerst wieder der Kondensator 45 aufgeladen werden muss und der Kondensator 44 nur dann aufgeladen wird, wenn der steuerbare Gleichrichter 33 leitend ist. Man erhält also auch hier einen Strom mit einer 25-Hz-Grundwelle.
Die Fig. 3 zeigt einen Sender, bei dem die Last über einen von einem Resonanzrelais gesteuerten Schalter anund abgeschaltet wird. Das Resonanzrelais 50 schwingt bei geschlossenen Schaltern 51 und 52 im 25-Hz-Rhythmus und schliesst und öffnet abwechseln für jeweils 20 ms einen Schalter 53, der in Reihe mit der Last, die durch einen Konsensator 54 dargestellt ist, an der Netzspannung liegt. Der Schalter 51 entspricht dem Schalter 31 und der Schalter 52 dem Schalter 46 in Fig. 2, Der Kondensator 54 kann durch einen Widerstand ersetzt werden, ohne dass weitere Änderungen in der erforderlich sind. In Reihe mit dem Resonanzrelais 50 liegt ein aus einem Kondensator 55 und einem Widerstand 56 bestehendes Phasenglied, das den Schliess- und Öffnungszeitpunkt des Schalters 53 mit dem Zeitpunkt des Stromnulldurchgangs in Übereinstimmung bringt.
Parallel zum Schalter 53 ist die Reihenschaltung eines Kondensators 57 und eines Widerstandes 58, die zur Löschung von am Schalter (53) auftretenden Lichtbögen dient.
Device for the transmission of information over an electrical supply network from a number connected to the network
Signal transmitter to a receiving device
The invention relates to a device for transmitting information via an electrical supply network from a number of signal transmitters connected to the network to a receiving device.
It is known to transmit information about the status of the counters of consumption meters for electricity, gas, water or the like via the electrical supply network. The frequency of the information signals is in the audio frequency range. The signals are coupled in at the transmitter and decoupled at the receiver via resonant circuits. Since a large number of transmitters are required, the simplifications made to them bring about considerable cost reductions. The present invention also serves such a purpose. According to the invention, this is achieved in that means are provided which generate information signals with a frequency that is lower than the network frequency, in that these means periodically connect a load to the network at the frequency provided for the information signals.
The frequency of the information signals is preferably 25 Hz. The resonant circuit used in known devices is replaced here by a load. The load can be represented by a resistor. It must then be ensured that the heat generated in the resistor during connection is dissipated. To prevent heat generation in the transmitter, the load can also be capacitive. In this case, however, the costs are somewhat higher than with an ohmic load. The generated by such a transmitter, e.g. B. 25 Hz signal level is very high, but this is also necessary because of the close proximity of the mains frequency of 50 Hz. For this reason, the receiver must also be equipped with relatively good and expensive filters, but since, in contrast to the large number of transmitters, a receiver is required, this disadvantage is only of minor importance.
The load is z. B. switched to the network for the duration of one period during every second period of the mains voltage. The connection can be made by electronic switching means or mechanically with the aid of a 25 Hz resonance relay.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the figure.
Show it:
1 shows an electronically controlled transmitter with a capacitor load,
Fig. 2 shows an electronically controlled transmitter with an ohmic load and
Figure 3 shows a mechanically controlled transmitter with a capacitor load.
In the counters 1 and 2 in FIG. 1, changeover switches 3 and 4 are shown, which change their switch position each time a certain amount has been consumed. In the coding devices 5 and 6 connected therewith, the status of the associated counter is coded and stored by the setting of individual switches 7 and 8, respectively. The coding devices 5 and 6 also contain switching devices 9 and 10 and changeover switches 11 and 12 actuated by them.
After a certain amount has been consumed, the switch 3 in the counter 1 is switched over, for example.
As a result, the switching device 9 is excited by the applied phase voltage P-O of an electrical supply network and causes, in a known manner, a rotary movement via a mechanical coding device to switch one or more of the switches 7, the position of which now corresponds to the new coded counter reading in device 1. At the same time the switch 11 is turned over; this interrupts the circuit again and the switching device drops out.
The transmitter is put into operation by a calling device (not shown). This can e.g. B. consist of a ripple control receiver, which at the given time receives a ripple control signal sent by a control center. It can also contain delay devices, as a result of which a larger number of transmitters are activated one after the other.
Calling up a transmitter has the effect that a selector arm 13 is actuated and rotates. During this time, he successively scans the individual contacts of the switches containing the counter readings in coded form from a larger number of counters. The speed of the selector arm 13 must be selected so that during the scanning period of a contact, information can be sent with security about whether the relevant switch 7 or 8 is closed or open. When the switch is closed, the transmitter is connected to the phase span via this switch voltage PO and a 25 Hz signal can be sent to the network. If the switch is open, then the
Transmitters are not activated and no signal is sent, which is evaluated accordingly.
During the rotation of the selector arm 13, a switch 14 is closed and on by the calling device
Switch 15 open. The switch 15 prevents the position of the switches 7 and 8 from being changed while the meter reading information is being sent out.
The transmitting device itself contains a series circuit of a load capacitor 16 and a parallel circuit of a controllable rectifier 17 and a diode
18, still in series with the switch 14 a counter was 19, a diode 20 and a capacitor 21. Paral lel to the capacitor 21 are the series connection of a resistor 22 and the emitter-collector path of a transistor 23 and the series connection of a
Resistor 24, the emitter-collector path of a Tran sistor 25 and the parallel connection of a resistor
26, a diode 27 and the ignition electrode-cathode stretch of the controllable rectifier 17. The base of the
The transistor 23 is connected via a resistor 28 to the capacitor 16 and the base of the transistor 25 to the Kol lector of the transistor 23.
The transmitter is only activated when the selector arm 13 is on a contact whose associated switch 7 or 8 is closed. The functional sequence is then as follows: With a negative half-wave of the phase voltage P-O, the diode 18 is conductive and the potential of the
Point 29 is at the potential of line 0, that is to say at zero potential. When the negative half-wave has reached its maximum, there is a phase voltage
P-O of 220 V a voltage of 220 = 314 V am
Capacitor. Since the capacitor cannot discharge through the diode 18 during the following voltage rise, the potential of point 29 rises to 628 until the next maximum of the positive half-cycle
V on.
The voltage between the point 29 and the line 0 also causes the capacitor 21 to be charged via the closed switch 14, so that a voltage of approximately 20 V is applied to it. The transistor 23 can be controlled via the resistor 28 in such a way that at a voltage of more than 30 V between the
Point 29 and line 0 is conductive and blocked at a voltage of less than 30 V If the potential of point 29 drops to 0 V during the following half-period of the mains voltage, then transistor 23 will be at said voltage value not conductive. This has the consequence that the transistor 25, which was previously blocked, now becomes conductive.
The condenser
21 can now be via the resistor 24, the transistor
25 and, since the resistor 26 has a relatively high resistance, discharged via the controlled rectifier 17, which is thereby ignited. Via this one can now opposite the
Mains voltage leading positive current half-wave flows. When the current crosses zero, the controllable rectifier 17 is blocked again and the following negative
Current half-wave flows through the diode 18 and charges the
Capacitor 16 on again. This is followed by the process already described. No current can flow during the following period, since the capacitor 21 first has to be recharged. The current across the capacitor 16 is therefore interrupted for one period after each period. It therefore contains a 25 Hz fundamental wave. This can be filtered out and registered in the recipient.
Since the transmitter and the receiver work synchronously, it can be determined in the receiver which of the switches 7 and 8 are closed and which are open.
FIG. 2 shows an electronically controlled transmitter with an ohmic load. A resistor 30 is used as the load. Instead of the counting and coding devices 1 to 12 and the selector arm 13 in FIG. 1, only one switch 31 is shown here for the sake of simplicity that should have the same functions. In series with the resistor 30 are two controllable rectifiers 32 and 33 connected in anti-parallel. The ignition circuits of these two controllable rectifiers consist of resistors 34 to 39, diodes 40 to 43 and capacitors 44 and 45.
The switch 46 has the same function as the switch 14 in FIG. 1.
If the switches 46 and 31 are closed, then the capacitor 45 is charged via the diodes 42 and 43 and the resistors 39 and 30 during the following negative half-cycle of the mains voltage. As a result, point 47 becomes positive compared to point 48. Towards the end of the negative half-cycle, capacitor 45 begins to discharge via the ignition electrode-cathode path of controllable rectifier 33 and resistor 38 and prepares controllable rectifier 33 for ignition. The resistor 37 has a very high resistance.
The ignition of the controllable rectifier 33 does not take place until the mains voltage crosses zero. During the following positive half-wave, a current flows via the resistor 30 and the controllable rectifier 33.
The potential of point 49 is at the constant potential of line 0, that is, at zero potential.
This enables the capacitor 44 to be charged via the diode 40 during this half-cycle. In this way, the controllable rectifier 32 can be ignited at the beginning of the next negative half-cycle, so that it takes over the current without interruption. After this half-wave has ended, the current flow is interrupted for a period, since the capacitor 45 first has to be charged again and the capacitor 44 is only charged when the controllable rectifier 33 is conductive. So here too you get a current with a 25 Hz fundamental wave.
Fig. 3 shows a transmitter in which the load is switched on and off via a switch controlled by a resonance relay. The resonance relay 50 oscillates when switches 51 and 52 are closed in a 25 Hz rhythm and alternately closes and opens a switch 53 for 20 ms each, which is connected to the mains voltage in series with the load, which is represented by a consensator 54. The switch 51 corresponds to the switch 31 and the switch 52 corresponds to the switch 46 in FIG. 2. The capacitor 54 can be replaced by a resistor without further changes being required in the. In series with the resonance relay 50 is a phase element consisting of a capacitor 55 and a resistor 56, which brings the closing and opening times of the switch 53 into agreement with the time when the current crosses zero.
Parallel to the switch 53 is the series connection of a capacitor 57 and a resistor 58, which is used to extinguish arcs occurring at the switch (53).