DE10128258A1 - Powerline-Steuersystem - Google Patents
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Abstract
Zum Steuern von elektrischen Geräten bzw. Leuchten (L), die an ein gemeinsames Stromversorgungsnetz (1) angeschlossen sind, tauschen die elektrischen Geräte mittels einem Powerline-Verfahren Informationen mit einer Steuereinheit (2) über das Stromversorgungsnetz (1) aus. Die elektrischen Geräte sind dabei derart zueinander synchronisiert, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen von dem Stromversorgungsnetz (1) empfangen bzw. in dieses senden, wobei jedes elektrische Gerät eine in einem Sende- und Empfangszyklus empfangene Information in einem mittelbar oder unmittelbar folgenden Sende- und Empfangszyklus wieder in das Stromversorgungsnetz (1) sendet.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für elektrische Geräte wie
Außenlichtanlagen bzw. ein Verfahren zum Betreiben von Außenlichtanlagen.
Durch die in den letzten Jahren entwickelten Steuergeräte zum Betreiben von Lampen
wurde die Möglichkeit eröffnet, komplexe Beleuchtungssysteme zu bilden, bei denen
die verteilt angeordneten Leuchten von einer Zentraleinheit individuell angesteuert
werden. Derartige Beleuchtungssysteme kommen beispielsweise in größeren Gebäuden
zum Einsatz, wobei die Leuchten üblicherweise zum einen an das normale
Stromversorgungsnetz angeschlossen und zum anderen über eine Busleitung mit der
Zentraleinheit verbunden sind. Über diese Busleitung werden von der Zentraleinheit
digitale Befehle an die Steuergeräte der dezentral angeordneten Leuchten übermittelt.
Ein entsprechender Aufbau wäre selbstverständlich auch bei Außenlichtanlagen
- beispielsweise zur Straßenbeleuchtung oder dergleichen - möglich, die Schwierigkeit
besteht dann allerdings darin, eine Übertragung der Steuerbefehle von der
Zentraleinheit aus zu den weit entfernt angeordneten Leuchten zu ermöglichen. Das
Verlegen von Busleitungen ist bei Außenlichtanlagen wegen der relativ großen
Entfernungen und des damit verbundenen Aufwands in der Regel nur schwer oder sogar
gar nicht möglich.
Dennoch wäre auch bei Außenlichtanlagen eine komfortable und vielfältige Steuerung
der einzelnen Leuchten von zentraler Stelle aus wünschenswert, um beispielsweise eine
bedarfsgerechte Beleuchtung bestimmter Bereiche, Ereignisse oder Veranstaltungen zu
ermöglichen. Hierdurch kann der Beleuchtungskomfort aber auch die Sicherheit erhöht
werden. Darüber hinaus trägt eine Kommunikation zwischen den Leuchten und einer
Zentraleinheit zu einer Reduzierung des Wartungsaufwandes und zum Energiesparen
bei. Dies setzt allerdings voraus, daß die Leuchten individuell angesteuert werden
können und ein kommunikationsfähiges System zum Einsatz kommt, welches eine
gezielte Status- bzw. Fehlererkennung und Fehlerrückmeldung ermöglicht.
Eine alternative Möglichkeit zur Datenübertragung ohne die Notwendigkeit zusätzlicher
Busleitungen besteht in der sog. Powerline-Technologie. Hierbei werden die Strom-
bzw. Spannungsversorgungsleitungen selbst für die Datenübertragung benutzt, indem
auf die normale Netzfrequenz von 50 Hz eine modulierte höherfrequente
Trägerfrequenz aufgebracht wird. Die Trägerfrequenz enthält in verschlüsselter Form
die zu übertragenden Informationen, welche von entsprechenden Empfängern
entschlüsselt werden. Derartige Powerline-Verfahren kommen bereits bei einigen
Beleuchtungsanlagen zur Gebäudebeleuchtung oder anderen haus-internen Steueranlagen
zum Einsatz, wobei hier das interne Stromnetz zur Datenübertragung verwendet wird.
Eine Übersicht über die verschiedenen Funktionsweisen und Möglichkeiten der
Powerline-Technologie kann dem Buch "Powerline Kommunikation" von Klaus
Dostert, Franzis Verlag GmbH, entnommen werden. Insofern werden diese Grundlagen
im Vorliegenden nicht wiederholt.
Verfahren zur Übertragung von digitalen Informationen über das Stromversorgungsnetz
sind ferner in der DE 40 01 265 A1, DE 40 01 266 A1, EP 0 634 842 A2 und
EP 0 200 016 A2 beschrieben.
Für Außenlichtanlagen ist die Verwendung eines Powerline-Verfahrens insofern
problematisch, als sehr große Entfernungen zwischen dem Sender und dem Empfänger
sowie deutliche Temperaturschwankungen auftreten können. Aufgrund der hierdurch
entstehenden Dämpfungen und Störungen der Signale ist nicht ohne weiteres
sichergestellt, daß die Informationen auch richtig empfangen und umgesetzt werden.
Für einen zuverlässigen Betrieb der Anlage allerdings ist eine Datenübertragung mit
hoher Sicherheit gegenüber unerkannten Übertragungsfehlern unerläßlich. Dabei ist zu
berücksichtigen, daß der maximal zulässige Signalpegel (dBµV) durch Normen begrenzt
ist. In Europa ist beispielsweise seit 1991 die CENELEC-Norm EN 50065 gültig,
gemäß der in dem für die private Nutzung vorgesehenen Frequenzbereich von 95 kHz
bis 148,5 kHz - der beispielsweise für gebäude-interne Systeme zur Verfügung steht -
ein maximaler Einspeisepegel von 116 dBµV (= 631 mV effektiv) zulässig ist. In dem
für Energieversorgungsunternehmen reservierten Frequenzbereich zwischen 9 kHz und
95 kHz, fällt der maximal zulässige Signalpegel von 134 dBµV (= 5 V) auf 122 dBµV
(= 1,25 V) ab. Diese relativ starken Beschränkungen erschweren die Realisierung eines
Systems zur Fernsteuerung von Leuchten mittels Powerline-Kommunikation. Diese
Probleme stellen sich natürlich nicht nur bei Lichtanlagen, sondern bei allen
elektrischen Geräten im Außenbereich.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gesamtkonzept für ein
Steuerungssystem zum Betreiben von elektrischen Geräten im Außenbereich anzugeben,
bei dem die Datenübertragung durch ein Powerline-Verfahren erfolgt und eine
zuverlässige und fehlerfreie Kommunikation sichergestellt ist. Darüber hinaus soll ein
vielseitiger und störungsfreier Betrieb - beispielsweise der Leuchten - ermöglicht
werden.
Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Verfahren
bzw. Vorrichtungen gelöst.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von elektrischen
Geräten, insbesondere von Leuchten, die an ein gemeinsames Stromversorgungsnetz
angeschlossen sind. Erfindungsgemäß tauschen dabei die elektrischen Geräte mittels
einem Powerline-Verfahren Informationen mit einer Steuereinheit über das
Stromversorgungsnetz aus, wobei die elektrischen Geräte derart zueinander
synchronisiert sind, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen
von dem Stromversorgungsnetz empfangen bzw. in dieses senden. Dabei wirkt jedes
elektrische Gerät als sog. Repeater, indem es eine in einem Sende- und Empfangszyklus
empfangene Information - im Folgenden als Telegramm bezeichnet - in einem mittelbar
oder unmittelbar folgenden Sende- und Empfangszyklus wieder in das
Stromversorgungsnetz sendet.
Diese Vorgehensweise hat zur Folge, daß sich ein an einer beliebigen Stelle in das
Stromversorgungsnetz eingespeistes Telegramm gleichsam lawinenartig über das
gesamte Netz ausbreitet, bis es schließlich von dem andressierten elektrischen Gerät
empfangen wird. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß ein elektrisches Gerät ein
Telegramm nur dann weiterleitet, wenn dieses Telegramm nicht ausschließlich für das
jeweilige elektrische Gerät selbst bestimmt ist.
Durch die Synchronisation der elektrischen Geräte zueinander wird sichergestellt, daß
keine Auslöschung eines von zwei benachbarten elektrischen Geräten gesendeten
identischen Telegramms erfolgt. Hierdurch wird auch über eine größere Distanz hinweg
eine zuverlässige Datenübertragung gewährleistet. Gleichzeitig wird auch ein hoher
Datendurchsatz erreicht, da die elektrischen Geräte in ihrer Repeater-Funktion
zeitgleich in verschiedenen Bereichen des Netzes verschiedene Telegramme senden
können. Da dies ohne eine Signalstärkenbewertung stattfindet, zeichnet sich das
erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dadurch aus, daß hiermit auf einfache Weise
ein hoher Datendurchsatz mit einer geringen Fehlerquote erzielt wird.
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die elektrischen Geräte eine
weiterzuleitende Information für eine vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden
Sende- und Empfangszyklen in das Stromversorgungsnetz senden. Hierdurch wird die
Übertragungssicherheit erhöht. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß die
elektrischen Geräte in der Lage sind, bereits einmal empfangene und weitergeleitete
Telegramme wiederzuerkennen, so daß sie ein zu einem späteren Zeitpunkt ein weiteres
Mal empfangenes Telegramm nicht mehr weiterleiten. Hierdurch wird verhindert, daß
Telegramme in Endlosschleifen durch das Netz laufen. Diese Wiedererkennung kann
beispielsweise durch eine geeignete Indizierung (Indexnummer etc.) der Telegramme
ermöglicht werden.
Die Datenübertragung erfolgt vorzugsweise durch eine Phasenmodulation der
Trägerfrequenz (sogenanntes Phase Shift Keying - PSK). Dieses Verfahren zeichnet
sich durch seine geringe Störanfälligkeit aus. Eine Synchronisation der verschiedenen
Leuchten erfolgt dabei durch eine Überwachung der Netzfrequenz.
Dieser Aspekt der Erfindung betrifft auch ein Steuerungssystem für elektrische Geräte,
insbesondere für Leuchten, die an ein gemeinsames Stromversorgungsnetz
angeschlossenen sind, wobei das Steuerungssystem mindestens eine ebenfalls an das
Stromversorgungsnetz anschließbare Steuereinheit sowie Sende- und Empfangseinheiten
aufweist, die mit einem Powerline-Verfahren Informationen mit der Steuereinheit über
das Stromversorgungsnetz austauschen und jeweils einem elektrischen Gerät zugeordnet
werden können. Die Sende- und Empfangseinheiten sind dabei in der oben
beschriebenen Weise zueinander synchronisiert und weisen zum Weiterleiten der
Informationen die erfindungsgemäße Repeater-Funktion auf. Ein solches
Steuerungssystem kann ggf. bei bestehenden Lichtanlagen im Außenbereich
nachgerüstet werden.
Ferner betrifft diese Erfindung auch eine Leuchte für eine Lichtanlage, die aus
mehreren an ein gemeinsames Stromversorgungsnetz angeschlossen Leuchten besteht,
wobei die Leuchte eine Sende- und Empfangseinheit aufweist, die als Schnittstelle
gemäß dem Powerline-Verfahren ausgelegt ist. Die Sende- und Empfangseinheit ist
dabei derart ausgestaltet, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen
Informationen austauschen kann, wobei sie zum Übertragen der Informationen eine
Repeater-Funktion aufweist, indem sie eine in einem Sende- und Empfangszyklus
empfangene Information in einem mittelbar oder unmittelbar folgenden Sende- und
Empfangszyklen wieder sendet.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die zeitliche Struktur der
Datenübertragung. So können die zu übertragenden Daten bzw. Telegramme
entsprechend ihrer Funktion in verschiedene Gruppen unterteilt werden. Sogenannte
Systemtelegramme sind beispielsweise dafür zuständig, daß sich die Leuchten in dem
System anmelden können bzw. abgemeldet werden. Darüber hinaus haben diese
Systemtelegramme die Aufgabe, Daten - beispielsweise Adressdaten, Meßdaten,
Betriebsdaten oder -fehler - zwischen einer mit dem Netz verbundenen Steuereinheit
und den Leuchten auszutauschen. Daneben kommen sogenannte Anwendertelegramme
zum Einsatz, mit welchen die Leuchten dazu veranlaßt werden, eine bestimmte
Funktion auszuführen, beispielsweise sich einzuschalten oder die Helligkeit zu
verändern. Da diese Anwendertelegramme die eigentlichen Steuerbefehle zum Betreiben
der Leuchten und zum Einstellen der Helligkeit beinhalten, besitzen diese Telegramme
eine höhere Priorität als die zuvor erwähnten Systemtelegramme.
Eine andere Möglichkeit der Unterscheidung besteht darin, die verschiedenen
Telegramme entsprechend ihres Zielortes in Vorwärtstelegramme,
Rückwärtstelegramme und I-(Interrupt)-Telegramme zu unterteilen. Als
Vorwärtstelegramme werden diejenigen Telegramme bezeichnet, die von einer
Steuereinheit abgesendet wurden und an eine oder mehrere der Leuchten adressiert sind.
Dies sind beispielsweise Helligkeitsbefehle, Ein- und Ausschaltbefehle, Abfragen etc.
Rückwärtstelegramme hingegen sind Informationen, welche von den Leuchten als
Antwort auf ein Vorwärtstelegramm an die Steuereinheit zurückgesendet werden.
Hierbei kann es sich beispielsweise um Statusinformationen, die Übermittlung eines
Meßwertes oder dergleichen handeln. Vorzugsweise wird ein solches
Rückwärtstelegramm nur dann von einer Leuchte gesendet, wenn sie zuvor über ein
entsprechendes Vorwärtstelegramm dazu aufgefordert wurde. Ein I-Telegramm
schließlich kann dann von einer Leuchte gesendet werden, wenn ein besonderes
Ereignis innerhalb der Leuchte aufgetreten ist - beispielsweise ein Lampendefekt -, der
möglichst schnell an die Zentrale gemeldet werden muß.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei einem Verfahren zum
Steuern von elektrischen Geräten, insbesondere von Leuchten, die mittels einem
Powerline-Verfahren Informationen über das gemeinsame Stromversorgungsnetz
austauschen können, vorgesehen, daß die Übertragung dieser Informationen
synchronisiert in aufeinanderfolgenden Sende- und Empfangs-Zyklen stattfindet, wobei
ein Sende- und Empfangszyklus in mindestens zwei Zeitabschnitte - im Folgenden auch
als Kanäle bezeichnet - unterteilt ist. Ein erster Zeitabschnitt ist dabei zum Übertragen
von Steuerbefehlen bzw. Abfragebefehlen zu den elektrischen Geräten vorgesehen, der
zweite, zeitlich von dem ersten getrennte Zeitabschnitt ist zum Übertragen von Betriebs-
oder Statusinformationen ausgehend von den elektrischen Geräten vorgesehen.
In einem Zyklus kann somit von jedem Teilnehmer genau ein Vorwärtstelegramm und
ein Rückwärtstelegramm übertragen werden. Wird daher beispielsweise von der
Steuereinheit ein Systemtelegramm als Vorwärtstelegramm an eine bestimmte Leuchte
geschickt, um z. B. deren Status abzufragen, so ist es nicht notwendig, daß vor dem
Absenden eines weiteren Vorwärtstelegramms eine Antwort der Leuchte in Form eines
Rückwärtstelegramms abgewartet wird, da die Übertragung von Vorwärts- und
Rückwärtstelegrammen unabhängig voneinander erfolgt. Hierdurch können selbst bei
größeren Laufzeiten für einzelne Telegramme hohe Übertragungsraten erzielt werden,
da mehrere Telegramme gleichzeitig übertragen werden können.
Die Anwendertelegramme haben vorzugsweise eine höhere Priorität. Im Gegensatz dazu
laufen routinemäßige Systemtelegramme zum zyklischen Abfragen der Betriebszustände
der Leuchten vorzugsweise im Hintergrund ab. Möchte daher die Steuereinheit einen
bestimmten Steuerbefehl an eine Leuchte senden, unterbricht sie hierfür das zyklische
Senden der Abfragebefehle.
Vorzugsweise ist ein Sende- und Empfangszyklus sogar in drei Zeitabschnitte unterteilt,
wobei der dritte Zeitabschnitt zum Übertragen von Ereignismeldungen vorgesehen ist,
die von einem elektrischen Gerät bzw. einer Leuchte ausgesendet werden. Dieser
asynchrone Kanal stellt sicher, daß diese besonderen Ereignismeldungen möglichst
umgehend der Steuereinheit mitgeteilt werden können.
Auch dieser zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für elektrische
Geräte bzw. Leuchten, die Sende- und Empfangseinheiten aufweisen, über die ihnen
mit einem Powerline-Verfahren Informationen zum Betreiben der elektrischen Geräte
von einer Steuereinheit über das Stromversorgungsnetz übermittelbar sind, wobei die
Sende- und Empfangseinheiten der elektrischen in der oben beschriebenen Weise
zueinander synchronisiert sind und ein Sende- und Empfangszyklus in mindestens zwei
Zeitabschnitte unterteilt ist, von denen ein Zeitabschnitt zum Übertragen von
Steuerbefehlen bzw. Abfragebefehlen zu einem elektrischen Gerät und der andere,
zeitlich getrennte Zeitabschnitt zum Übertragen von Betriebs- oder Statusinformationen
eines elektrischen Geräts zu der Steuereinheit vorgesehen ist.
Schließlich betrifft dieser zweite Aspekt der Erfindung auch eine Leuchte mit einer
Schnittstelle, über die ihr mit einem Powerline-Verfahren Betriebsinformationen über
ihre Stromversorgung übermittelbar sind, wobei die Schnittstelle derart ausgestaltet ist,
daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen über die
Stromversorgung empfängt bzw. aussendet, und wobei ein Sende- und Empfangszyklus
in mindestens zwei Zeitabschnitte unterteilt ist, von denen ein Zeitabschnitt zum
Übertragen von Steuerbefehlen bzw. Abfragebefehlen zu der Leuchte und der andere
Zeitabschnitt zum Aussenden von Betriebs- oder Statusinformationen von der Leuchte
vorgesehen ist.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft schließlich die Fähigkeit der
Leuchten, während einer Störung der Datenübertragung oder des Nichtempfangens von
neuen Befehlen autonom weiterzuarbeiten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß eine Leuchte zumindest einen Teil der empfangenen Informationen,
welche als Steuerbefehle die Helligkeitssteuerung der Leuchte betreffen, speichert und
diese gespeicherten Befehle selbständig wiederholt ausführt, sofern sie keine
anderslautenden Informationen erhält. Die gespeicherten Befehle bilden somit eine
Aktionsliste, die von der Leuchte fortwährend abgearbeitet wird, so daß ein
unabhängiger Betrieb gewährleistet wird.
Ergänzend besteht dabei die Möglichkeit, die Leuchten in ihrer autonomen Arbeitsweise
an die aktuellen Tages- und Jahreszeiten anzupassen, indem Befehle mit einer relativen
Zeitangabe bezüglich des Sonnenstands übermittelt werden. Ein solcher Befehl kann
beispielsweise die Anweisung beinhalten, die Leuchte zehn Minuten vor
Sonnenuntergang auf 50% der maximalen Helligkeit einzuschalten. Hierzu kennt die
Leuchte ihre Standortdaten und enthält eine interne Uhr zum Feststellen der aktuellen
Zeit- und Datumsinformationen. Auf Grundlage dieser Informationen kann die Leuchte
den aktuellen Sonnenstand und damit auch den tatsächlichen Zeitpunkt zum Ausführen
des Befehls berechnen.
Eine Ergänzung dieses Konzepts besteht ferner darin, die Leuchten mit verschiedenen
Sensoren auszustatten, welche bestimmte Umgebungsparameter erfassen, wie
beispielsweise die Helligkeit oder die Temperatur. Auch diese Informationen können
beim Betreiben der Leuchte selbstständig berücksichtigt werden oder als entsprechende
Informationen an eine Zentrale übermittelt werden.
Dieser dritte erfindungsgemäße Aspekt betrifft schließlich auch eine Leuchte mit einer
Schnittstelle, über die ihr mit einem Powerline-Verfahren Betriebsinformationen über
ihre Stromversorgung übermittelbar sind, wobei die Leuchte einen Speicher zum
speichern derjenigen empfangenen Informationen aufweist, welche als Steuerbefehle die
Helligkeitssteuerung der Leuchte betreffen, und wobei die Leuchte derart ausgestaltet
ist, daß sie diese gespeicherten Befehle selbständig wiederholt ausführt, sofern sie keine
anderslautenden Informationen erhält.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert
werden. Es zeigen:
Fig. 1 die Gesamtdarstellung einer Außenlichtanlage;
Fig. 2 ein Schema der unterschiedlichen Kommunikationsebenen eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lichtsteuerungssystems;
Fig. 3 einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Außenlichtanlage;
Fig. 4 ein Schema zur Unterteilung eines Sende- und Empfangs-Zyklus in drei
verschiedene Kanäle; und
Fig. 5 bis 8 schematische Darstellungen der Übertragung und Ausbreitung von
Telegrammen innerhalb eines Netzes.
Die Erfindung wird hier anhand des Beispiels einer Außenlichtanlage erläutert, deren
Leuchten gemäß der vorliegenden Erfindung angesteuert werden. Gleichwohl kann die
Erfindung allgemein für elektrische Geräte verwendet werden, die an ein gemeinsames
Stromversorgungsnetz angeschlossen sind und über dieses angesteuert werden sollen.
Dabei kann es sich sowohl um aktive Geräte wie Lüfter oder dergleichen als auch um
passive Geräte, beispielsweise Sensoren etc. handeln. Insbesondere wäre auch die
Realisierung eines Netzes von Sensoren denkbar, die über das gemeinsame
Stromversorgungsnetz ihre Meßdaten an eine Zentrale übermitteln.
Im Folgenden soll zunächst anhand der Fig. 1 und 2 der allgemeine Aufbau des
Lichtsteuerungssystems zur Steuerung einer Außenlichtanlage beschrieben werden. Die
in Fig. 1 dargestellte Außenlichtanlage besteht dabei aus mehreren Straßenleuchten L,
die an ein gemeinsames Stromversorgungsnetz 1 angeschlossen sind. Über dieses
Stromversorgungsnetz 1 sind die Leuchten L ferner auch mit einem Netzkoppler 2
verbunden, der eine lokale Steuereinheit der Außenlichtanlage darstellt. Dieser
Netzkoppler 2 hat die Aufgabe, den Leuchten L entsprechende Befehle zu übermitteln,
um sie beispielsweise zu veranlassen, sich ein- oder auszuschalten oder die Helligkeit in
einer bestimmten Weise zu ändern. Darüber hinaus kann der Netzkoppler 2 die
Leuchten L auch dazu veranlassen, Informationen über ihren derzeitigen Status oder
von den Leuchten L erfaßte Meßwerte zurückzumelden. Die Kommunikation zwischen
dem Netzkoppler 2 und den Leuchten L erfolgt mittels eines Powerline-Verfahrens, das
später ausführlich erläutert wird.
Der zum Beispiel in einem Schaltschrank vor Ort angeordnete Netzkoppler 2 kann
darüber hinaus mit übergeordneten Steuereinheiten in Verbindung treten, z. B. mit dem
Zentralserver eines Managementsystems 3 - der sich im dargestellten Beispiel der
Straßenbeleuchtung beispielsweise im Stadtbauamt befinden kann - oder einer
Wartungszentrale 4 zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der gesamten Anlage. Die
Kommunikation zwischen dem Netzkoppler 2 und den übergeordneten Steuereinheiten 3
und 4 erfolgt durch andere Datenübertragungsverfahren und kann in mehrere
Hierarchieebenen eingeteilt sein, wie dies beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Hier
besteht die unterste Hierarchieebene der Außenlichtanlage aus mehreren Netzkopplern
2, die über ein lokales Stromversorgungsnetz 1 jeweils mit mehreren Leuchten L
verbunden sind und mit diesen über das Powerline-Verfahren Daten austauschen.
Die Netzkoppler 2 sind über serielle Datenleitungen 5 mit einem Kommunikator 6
verbunden, der eine Zwischenebene in der Verwaltungsstruktur darstellt. Alternativ zu
den seriellen Datenleitungen 5 kann die Kommunikation zwischen dem Kommunikator
6 und den Netzkopplern 2 auch per Funk erfolgen. Mehrere Kommunikatoren 6 sind
schließlich mit dem Zentralserver des Managementsystems 3 verbunden, welches die
Steuerung der Anlage insgesamt verwaltet. Eine Kommunikation zwischen dem
Managementsystem 3 und den Kommunikatoren 6 erfolgt über DFÜ-Verbindungen,
beispielsweise über das Internet oder Funk. Darüber hinaus kann eine Verbindung zu
der zentralen Servicestelle 4 erstellt werden, welche für die Wartung und Überprüfung
der Funktionsfähigkeit der Anlage zuständig ist.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Powerline-
Kommunikation zwischen einem Netzkoppler 2 und den mit diesem verbundenen
Leuchten L. Hier kommt ein Verfahren zum Einsatz, welches in einfacher Weise eine
zuverlässige Datenübertragung über das Stromversorgungsnetz 1 sicherstellt. Dieses soll
daher im Folgenden näher erläutert werden.
Fig. 3 zeigt hierzu eine Untereinheit der Außenlichtanlage, die aus einem
Netzkoppler 2 und drei daran angeschlossenen Leuchten L1 bis L3 besteht. Die
Verbindung erfolgt durch ein Stromversorgungsnetz 1, welches zum Einen die
Stromversorgung der Leuchten L1 bis L3 sicherstellt und zum Anderen zur
Datenübertragung genutzt wird. Hierzu weist jede Leuchte L1 bis L3 eine Sende- und
Empfangseinheit S1 bis S3 auf, welche die über das Stromnetz 1 empfangenen Daten
auswertet und gegebenenfalls weiterleitet, sowie Betriebsinformationen der Leuchte an
den Netzkoppler 2 zurücksendet.
Zur Datenübertragung erfolgt eine Phasenmodulation (PSK - Phase Shift Keying) einer
hochfrequenten Trägerfrequenz von beispielsweise 104,2 kHz, die wiederum der
Netzfrequenz des Stromversorgungsnetzes 1 überlagert ist. Die mittels PSK-Modulation
zu übertragenden Informationen sind zeitlich in sogenannte Telegramme gebündelt, die
von den Sende- und Empfangseinheiten S1 bis S3 der Leuchten L1 bis L3 sowie dem
Netzkoppler 2 entschlüsselt werden können. Jedes Telegramm entspricht dabei
festgelegten Konventionen und enthält eine Adresse, die angibt, an welchen bzw.
welche Teilnehmer das entsprechende Telegramm gerichtet ist. Insbesondere besteht die
Möglichkeit, die Leuchten L1 bis L3 einzeln oder in Gruppen anzusteuern.
Das oben beschriebene Powerline-Verfahren ist grundsätzlich bereits bekannt und soll
daher im Weiteren nicht näher erläutert werden. Von wesentlicher Bedeutung ist
allerdings, daß die an das Stromversorgungsnetz 1 angeschlossenen Teilnehmer 2 und
L1 bis L3 untereinander synchronisiert sind, was dadurch erreicht wird, daß der
Nulldurchgang der Netzspannung verwendet wird, um ein Kanalraster aufzubauen.
Diese Synchronisation ist deshalb von Bedeutung, da hierdurch die Möglichkeit besteht,
einzelne Sende- und Empfangs-Zyklen zu definieren, die in zeitlich voneinander
getrennte Übertragungsabschnitte - im Folgenden als Kanäle bezeichnet - unterteilt
werden können, wie dies beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist. Jeder Sende- und
Empfangszyklus wird also durch Nulldurchgänge der Netzspannung begrenzt, so daß
seine zeitliche Dauer der Dauer einer Halbwelle der (Wechsel-)Netzspannung
entspricht.
Ein gesamter Sende- und Empfangs-Zyklus besteht dabei aus drei aufeinanderfolgenden
Kanälen, einem Vorwärtskanal (F-Kanal), einem Rückwärtskanal (B-Kanal) und einem
dazwischenliegenden Interrupt-Kanal (I-Kanal). Die Zeitbasis für die Unterteilung in die
drei Kanäle bildet die Netzsynchronisation, wobei alle drei Kanäle über ein im Rahmen
des F-Kanals empfangenes Vorwärtstelegramm getriggert werden. Ein B- oder I-Kanal
darf lediglich dann aufgebaut werden, falls ein Vorwärtstelegramm empfangen wurde
oder der entsprechende Timer der Leuchte L1 bis L3 synchron läuft. Das Senden oder
Weiterleiten von Telegrammen ist also nur für synchron laufende Sende- und
Empfangseinheiten S1 bis S3 möglich. Hierdurch wird ein unbeabsichtigtes asynchrones
Senden von einer nicht synchron laufenden Sende- und Empfangseinheit S1 bis S3
vermieden. Ferner sind die Sende- und Empfangseinheiten S1 bis S3 grundsätzlich
empfangsbereit für Vorwärtstelegramme, welche zu einer entsprechenden
Synchronisation führen.
Aufgrund der Unterteilung in die drei zuvor beschriebenen Kanäle können innerhalb
eines Sendezyklus gleichzeitig ein Vorwärts-, ein Rückwärts- und ein I-Telegramm
übertragen werden. Vorwärtstelegramme stammen von dem Netzkoppler 2 und sind an
eine oder mehrere Leuchten L1 bis L3 adressiert. Üblicherweise enthalten die
Vorwärtstelegramme eine Aufforderung an die Leuchten L1 bis L3, eine bestimmte
Aktion auszuführen, beispielsweise sich ein- oder auszuschalten oder eine bestimmte
Helligkeit anzunehmen. Diese Art eines Vorwärtstelegramms betrifft somit die
Helligkeitssteuerung der Außenlichtanlage und wird auch als Anwendertelegramm
bezeichnet. Darüber hinaus kann das Vorwärtstelegramm auch eine Aufforderung an
eine Leuchte L1 bis L3 beinhalten, ihren derzeitigen Informationsstatus oder andere
Betriebs- oder Meßparameter zurückzumelden. Da es sich hierbei in erster Linie um
einen Datenaustausch bezüglich des Funktionsfähigkeit der Anlage handelt, werden
derartige Vorwärtstelegramme auch als Systemtelegramme bezeichnet.
Im Gegensatz dazu stammt ein Rückwärtstelegramm von einer Leuchte L1 bis L3 und
stellt eine Rückmeldung an den Netzkoppler 2 dar. Demzufolge generiert eine Leuchte
L1 bis L3 nur dann ein eigenes Rückwärtstelegramm, wenn sie zuvor im Rahmen eines
Vorwärtstelegramms - genau genommen eines Systemtelegramms - dazu aufgefordert
wurde. Dies kann beispielsweise im Rahmen einer routinemäßigen Abfrage im Sinne
eines Polling-Mechanismus erfolgen. Da diese Abfragen die Helligkeitssteuerung der
Leuchten L1 bis L3 nicht direkt betreffen, haben sie gegenüber den
Anwendertelegrammen eine niedrigere Priorität.
Wesentlich ist, daß eine Leuchte L1 bis L3 nur dann von sich aus ein neues
Rückwärtstelegramm erzeugt und in das Stromversorgungsnetz 1 sendet, wenn sie dazu
aufgefordert wurde. Hierdurch soll verhindert werden, daß die Leuchten L1 bis L3
willkürlich von sich aus Telegramme erzeugen und in das Stromversorgungsnetz 1
senden. Hingegen wird ein in einem Sende- und Empfangszyklus empfangenes
Rückwärtstelegramm grundsätzlich in einem mittelbar oder unmittelbar folgenden
Sende- und Empfangszyklus weitergeleitet, um eine Rückmeldung zu dem Netzkoppler
2 sicherzustellen. Einzige Bedingung für ein Weiterleiten ist, daß die entsprechende
Sende- und Empfangseinheit S1 bis S3 der entsprechenden Leuchte L1 bis L3 synchron
läuft.
Der I-Kanal wird schließlich dazu benutzt, ein außergewöhnliches Ereignis von einer
Leuchte an den Netzkoppler 2 zu übermitteln. Dies kann beispielsweise dann notwendig
werden, wenn innerhalb einer Leuchte L1 bis L3 ein besonderes Ereignis, beispielsweise
ein Fehler oder eine Grenzwertüberschreitung auftritt. Ein derartiges I-Telegramm
enthält eine Information über die Leuchte L1 bis L3, bei der der Fehler aufgetreten ist,
sowie eine Identifizierung des Ereignisses, beispielsweise, um was für einen Fehler es
sich handelt. Im Gegensatz zu dem Rückwärtskanal kann dieser asynchrone I-Kanal
auch dann von einer Leuchte L1 bis L3 belegt werden, wenn sie nicht vorher im Rahmen
eines Vorwärtstelegramms dazu aufgefordert wurde. Allerdings muß es sich um ein
entsprechend wichtiges Ereignis handeln. Für das Weiterleiten eines I-Telegramms
gelten die gleichen Bedingungen wie für ein Rückwärtstelegramm, d. h., zum
Weiterleiten muß die Sende- und Empfangseinheit S1 bis S3 der entsprechenden Leuchte
L1 bis L3 synchron laufen.
Durch die Möglichkeit, innerhalb eines Sende- und Empfangszyklus ein Vorwärts-, ein
Rückwärts- und ein I-Telegramm zu übertragen, wird der Datendurchsatz deutlich
erhöht, da durch die Zeitlagentrennung ein Vorwärtstelegramm beispielsweise nicht zu
einer Unterdrückung oder Auslöschung eines Rückwärtstelegramms führen kann.
Demzufolge muss der Netzkoppler 2, nachdem er einen Abfragebefehl an eine Leuchte
L1 bis L3 gesendet hat, nicht auf eine Antwort warten, bevor er einen neuen Befehl
übermittelt.
Damit sichergestellt ist, daß ein beispielsweise von dem Netzkoppler 2 in das
Stromversorgungsnetz 1 übertragenes Vorwärtstelegramm auch tatsächlich bei der dafür
vorgesehenen Leuchte L1 bis L3 ankommt, kommt ein besonderes
Übertragungsverfahren zum Einsatz, welches im Folgenden erläutert wird. Die
Problematik eines Powerline-Verfahrens besteht nämlich darin, daß die Reichweite in
einem Powerline-Netz aufgrund des maximal zulässigen Sendepegels und der
auftretenden Störungen sowie der Dämpfung begrenzt ist. Um sicherzustellen, daß eine
in das Netz eingespeiste Information auch zuverlässig erkannt wird, ist jedoch ein
gewisser Minimalwert für den Signal-Störabstand notwendig. Aufgrund der
physikalischen Eigenschaften der Stromleitungen kann es allerdings zu Dämpfungen
kommen, die zur Folge haben, daß der Signal-Störabstand unter diesen Mindestwert
fällt.
Der bei Bussystemen bekannte Mechanismus zum Auflösen von Kollisionen, bei dem
ein Teilnehmer nur dann ungestört sendet, wenn auf dem Bus ein dominanter Zustand
erzeugt wird, ist bei einem Powerline-Verfahren nicht möglich. Der Grund hierfür
besteht darin, daß das Stromversorgungsnetz nicht in einen solchen dominanten Zustand
gebracht werden kann, der für alle Teilnehmer gemeinsam erkennbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieses Problems besteht darin, dass die einzelnen Sende-
und Empfangseinheiten S1 bis S3 der Leuchten L1 bis L3 als sog. Repeater wirken und
ein nicht ausschließlich für sie bestimmtes Telegramm synchron wiederaufbereiten. Die
Weiterleitung eines Telegramms erfolgt dabei in einem mittelbar oder unmittelbar
folgenden Sende- und Empfangszyklus, synchron zu dem Netzkoppler 2 und den
anderen Sende- und Empfangseinheiten S1 bis S3.
Sendet beispielsweise der in Fig. 3 dargestellte Netzkoppler 2 ein Vorwärtstelegramm,
welches für die dritte Leuchte L3 bestimmt ist, so wird das Telegramm in dem ersten
Sende- und Empfangszyklus beispielsweise lediglich von der Sende- und
Empfangseinheit S1 der direkt benachbarten Leuchte L1 empfangen, nicht jedoch von
den Sende- und Empfangseinheiten S2 und S3 der darauffolgenden Leuchten L2 und L3,
da hierfür die Dämpfung durch das Stromversorgungsnetz 1 zu groß ist. In dem
darauffolgenden Sende- und Empfangszyklus wird das Vorwärtstelegramm dann von
der Sende- und Empfangseinheit S1 der Leuchte L1 wiederum in das
Stromversorgungsnetz 1 eingespeist und dementsprechend von der Sende- und
Empfangseinheit S2 der mittleren Leuchte L2 erkannt. Da das Telegramm jedoch auch
nicht für die mittlere Leuchte L2 bestimmt ist, wird die Sende- und Empfangseinheit S2
in dem darauffolgenden Zyklus das Telegramm wiederum in das Stromversorgungsnetz
1 einspeisen, bis dieses schließlich von der Sende- und Empfangseinheit S3 der
adressierten dritten Leuchte L3 empfangen wird.
Durch diesen Mechanismus wird somit sichergestellt, daß ein von dem Netzkoppler 2
abgesendetes Telegramm auch tatsächlich von der adressierten Leuchte empfangen
wird. Dies ist auch dann der Fall, wenn die Leuchten nicht wie dargestellt
hintereinander geschaltet sind, sondern netzartig miteinander verbunden sind, wobei es
nicht notwendig ist, den Weg der Weiterleitung des Telegramms vorzugeben, da sich
dieses lawinenartig über das gesamte Netz verteilt.
In dem soeben beschriebenen Beispiel leiten die Leuchten L1 bis L3 Telegramme, die sie
in einem bestimmten Sende- und Empfangszyklus empfangen haben, in dem unmittelbar
darauffolgenden Zyklus weiter. Alternativ dazu besteht allerdings auch die Möglichkeit,
ein Telegramm erst nach einer gewissen Pause in einem späteren Sende- und
Empfangszyklus weiterzuleiten.
Um zu verhindern, daß ein einmalig abgesendetes Telegramm das
Stromversorgungsnetz in Schleifen wiederholt durchläuft und dabei von den Sende- und
Empfangseinheiten immer wieder repeatet wird, weisen die Telegramme einen Index
oder dergleichen auf, über den sie eindeutig erkennbar sind. Wird dieses Telegramm
dann zu einem späteren Zeitpunkt von einer Sende- und Empfangseinheit, die das
Telegramm bereits früher weitergeleitet hat, wiederempfangen, so wird ein nochmaliges
Weiterleiten unterdrückt. Ferner wird in dem oben beschriebenen Beispiel die
Leuchte L3, für die das Telegramm bestimmt war, das Telegramm ebenfalls nicht
weiterleiten, allerdings nur dann, wenn dieses Telegramm ausschließlich für sie
bestimmt war. Ist das Telegramm allerdings an eine Gruppe von Leuchten adressiert, so
wird jede Leuchte das Telegramm beim erstenmal weiterleiten, da nur dann
sichergestellt ist, daß auch tatsächlich alle Leuchten das Telegramm empfangen.
In dem oben beschriebenen Beispiel war davon ausgegangen worden, daß das von dem
Netzkoppler 2 bzw. den Sende- und Empfangseinheiten S1 bis S3 in das
Stromversorgungsnetz 1 eingespeiste Telegramm nur von den benachbarten Einheiten
empfangen wird. Es wäre allerdings auch denkbar, daß ein beispielsweise von dem
Netzkoppler 2 in das Stromversorgungsnetz 1 eingespeistes Telegramm von den Sende-
und Empfangseinheiten S1 und S2 der beiden Leuchten L1 und L2 gleichzeitig empfangen
wird, weil sich diese relativ nahe an dem Netzkoppler 2 befinden. Diese Sende- und
Empfangseinheiten S1 und S2 werden dann in dem darauffolgenden Sende- und
Empfangszyklus beide das Telegramm in das Netz einspeisen. Da sie allerdings
untereinander synchronisiert sind, wird ein gegenseitiges Auslöschen der von den
beiden Sende- und Empfangseinheiten S1 und S2 abgegebenen Signale vermieden. Damit
wird durch das erfindungsgemäße Konzept der synchronisierten Repeater-Funktion der
einzelnen Leuchten sichergestellt, daß ein an einer Stelle in das Netz eingespeistes
Telegramm zuverlässig und sicher an der adressierten Stelle empfangen wird.
Die Vorteile des zuvor beschriebenen Verfahrens sollen im Folgenden anhand der
Fig. 5 bis 8 erläutert werden. Fig. 5 stellt dabei schematisch die Weiterleitung
eines Vorwärtstelegramms in einem Netz dar, wobei die vertikal verlaufende Achse die
Zeit (in Sende- und Empfangs-Zyklen) darstellt, während die horizontal verlaufende
Achse die Entfernung des Telegramms vom Ursprungsort angibt. Diese Entfernung
wird dabei in sog. logischen Repeater-Stufen angegeben und entspricht der Anzahl der
Wiederholungen eines Empfangs des Telegramms in einem Zyklus und des
Weiterleitens in dem unmittelbar darauffolgenden Zyklus.
In dem dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, daß ein von einer Einheit
gesendetes Signal ausschließlich von der benachbarten Einheit empfangen wird. Ein
Doppelpfeil entspricht dabei dem Ereignis, daß ein Telegramm in das Netz gesendet
wird, während ein Kreis darstellt, daß ein Teilnehmer empfangsbereit ist. Im
dargestellten Beispiel sendet beispielsweise im Zyklus 0 der Netzkoppler NK das für
den Teilnehmer 5 bestimmte Telegramm, das zeitgleich von dem benachbarten
Teilnehmer 1 empfangen wird.
Da das Telegramm für den Teilnehmer 5 bestimmt ist, sendet der Teilnehmer 1 im
Zyklus 1 das Telegramm ein weiteres Mal in das Stromnetz, wobei dieses nun von dem
benachbarten Teilnehmer 2 empfangen wird. Auch dieser sendet das Telegramm in dem
darauffolgenden Zyklus 3 in das Netz. Zu diesem Zeitpunkt werden sowohl der
Teilnehmer 1 als auch der Teilnehmer 3 das von dem Teilnehmer 2 gesendete
Telegramm empfangen. Da allerdings der Teilnehmer 1 erkennt, daß er dieses
Telegramm bereits zu einem früheren Zeitpunkt weitergeleitet hat, erfolgt eine
Weiterleitung des Telegramms in dem darauffolgenden Zyklus 3 ausschließlich durch
den Teilnehmer 3, der Teilnehmer 1 unterdrückt vorzugsweise ein weiteres Senden.
Diese Weiterleitung des Telegramms setzt sich schließlich fort, bis das Telegramm bei
dem adressierten Teilnehmer 5 angekommen ist - dargestellt durch das Dreieck.
Wesentlich für das dargestellte Übertragungsverfahren ist, daß die über ein Stromnetz
verbundenen Teilnehmer ein gemeinsames Zeitraster für das Senden von Telegrammen
aufweisen. Eine Synchronisation kann beispielsweise durch eine Überwachung des
Nulldurchgangs der Netzspannung und durch ein Telegramm selbst erfolgen, wie dies
beispielsweise in Fig. 6 dargestellt ist. Hierbei wird in dem Zyklus 0 von dem
Netzkoppler NK ein Telegramm in das Netz eingespeist, welches sich - wie zuvor
beschrieben - über das Netz hinweg ausbreitet und dabei für eine Synchronisation aller
Teilnehmer zu dem Netzkoppler NK sorgt. Die Synchronisation wird zusätzlich dadurch
verbessert, daß das Synchronisations-Telegramm von dem Netzkoppler NK und den
weiteren Teilnehmern jeweils in zwei aufeinanderfolgenden Zyklen gesendet wird.
Nachdem der Netzkoppler NK das Synchronisations-Telegramm ein zweites Mal
gesendet hat, ist noch eine gewisse Wartezeit - im dargestellten Beispiel von 3 Zyklen -
notwendig, bis ein neues Telegramm gesendet werden kann, um sicherzustellen, daß
sich das zuvor gesendete Signal bereits weit genug ausgebreitet und damit eine
ausreichende Synchronisation stattgefunden hat. Auch bei diesem neuen Signal ist es
möglich, eine bestimmte Anzahl an Wiederholungen vorzunehmen, um damit die
Übertragungssicherheit zu erhöhen.
Fig. 7 stellt nun die Ausbreitung eines Vorwärtstelegramms sowie die Zurückmeldung
über ein Rückwärtstelegramm dar, wobei sämtliche Telegramme zur Erhöhung der
Übertragungssicherheit einmal wiederholt werden.
Im Zyklus 0 sendet im dargestellten Beispiel der Netzkoppler NK ein
Systemtelegramm, welches an den Teilnehmer 3 gerichtet ist und diesen dazu
auffordert, eine Betriebsinformation zurückzumelden. Wie in den vorherigen Beispielen
breitet sich das Vorwärtstelegramm derart aus, daß es während des Zyklus 2 von dem
Teilnehmer 2 in das Netz eingespeist und von dem Teilnehmer 3 empfangen wird, was
wiederum durch das Dreieck dargestellt ist. Dieser Teilnehmer 3 leitet das
Vorwärtstelegramm in den darauffolgenden Zyklen 3 und 4 allerdings nicht mehr
weiter, sondern sendet stattdessen ein Rückwärtstelegramm, welches an den
Netzkoppler NK adressiert ist und die entsprechende Information enthält. Dieses
Rückwärtstelegramm breitet sich nun in sämtliche Richtungen über das Netz aus, bis es
schließlich in dem Zyklus 5 von dem ersten Teilnehmer repeatet und damit von dem
Netzkoppler NK empfangen wird. Bereits vorher könnte der Netzkoppler NK allerdings
schon ein weiteres Vorwärtstelegramm abgesendet haben, da aufgrund der Unterteilung
eines Zyklus in die drei Kanäle, die Vorwärts- und Rückwärtstelegramme unabhängig
voneinander in verschiedene Transferrichtungen laufen können. Dieses Beispiel
verdeutlicht somit, daß durch die Unterteilung eines Sende- und Empfangszyklus in drei
unabhängige Kanäle der Datendurchsatz erhöht werden kann.
Fig. 8 zeigt schließlich einen Fall, in dem der Teilnehmer 4 aufgrund eines
außergewöhnlichen Ereignisses ein I-Telegramm sendet, welches unabhängig von den
angedeuteten Vorwärts- oder Rückwärtstelegrammen zu dem Netzkoppler NK in der
oben beschriebenen Weise übertragen wird.
Die dargestellten Beispiele machen deutlich, daß eine Weiterleitung von Telegrammen
so lange erfolgt, bis diese schließlich von dem Adressaten empfangen werden. Da
Vorwärts-, Rückwärts- und I-Telegramme unabhängig voneinander laufen, wird ein
hoher Datendurchsatz gewährleistet.
Der soeben beschriebene Datenverkehr mittels Powerline-Kommunikation findet
lediglich zwischen einem Netzkoppler und den über ein Stromnetz verbundenen
Leuchten statt. Die weiteren Datentransfers erfolgen hingegen durch andere
Kommunikationstechniken, die im Folgenden nicht weiter erläutert werden. Um jede
der einzelnen Leuchten individuell oder in Gruppen ansprechen zu können, weisen die
Leuchten eine Betriebsadresse auf, die in eine entsprechende Gruppen- und
Einzeladresse unterteilt ist. Diese Betriebsadresse kann insbesondere Informationen über
den geographischen Standort der Leuchte enthalten. Wie in Fig. 1 dargestellt ist,
können dann die Leuchten der Außenlichtanlage auf einem Bildschirm des
Zentralservers 3 in einer grafischen Oberfläche dargestellt werden. Zusätzlich können
die Zustände der einzelnen Leuchten dargestellt werden, beispielsweise ihr derzeitiger
Helligkeitsstatus oder andere Informationen, die die Funktionsfähigkeit der einzelnen
Leuchten betreffen.
Die Darstellung auf einer grafischen Oberfläche bietet die Möglichkeit, auf eine
besonders einfache und anschauliche Weise einen bestimmten Teil der Leuchten
anzusprechen, um ihnen individuelle Befehle zu übermitteln. Hierfür können die
gewünschten Leuchten bzw. das entsprechende Gebiet mit Hilfe eines Eingabegeräts
- beispielsweise einer Maus - markiert werden. Die innerhalb des markierten Gebietes
liegenden Leuchten erhalten dann automatisch die gewünschte Anweisung. Hierdurch
kann auf eine besonders einfache Weise der Betrieb der Außenlichtanlage gesteuert
werden.
Zur Bestimmung der Position der einzelnen Leuchten L kann vorgesehen sein, daß jede
Leuchte einen geeigneten GPS-Empfänger beinhaltet, der eine genaue Bestimmung der
Position gestattet. Diese Daten können über die verschiedenen Kommunikationsstufen
hinweg zu dem Zentralserver 3 oder der Wartungszentrale 4 zurückgemeldet werden.
Um die Kosten für jeweils einen eigenen GPS-Empfänger sparen zu können, kann
allerdings auch vorgesehen sein, daß die Leuchten L - wie in Fig. 2 dargestellt - an ein
geeignetes GPS-Gerät 7 angeschlossen werden können, so daß beispielsweise während
der Installation die entsprechenden Standortdaten von der Leuchte L gespeichert werden
können.
Die in den Leuchten L gespeicherten Standortdaten können darüber hinaus auch bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Funktion der Leuchten L zum Einsatz kommen.
Diese besitzen nämlich die Fähigkeit, bis zu einem gewissen Grad autonom zu arbeiten,
falls sie keine Befehle erhalten. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Leuchten L
einen Speicher aufweisen, in dem die zuletzt empfangenen Helligkeitsbefehle
gespeichert werden. Diese Befehle stellen eine Aktionsliste dar, die von einer Leuchte L
selbständig abgearbeitet wird, sofern keine neuen Befehle empfangen werden. Hierzu
enthalten die Leuchten L eine interne Uhr, welche die zeitgenaue Ausführung der
Aktionsliste sicherstellt, so daß sich eine Leuchte L beispielsweise abends um 20:00
Uhr selbständig einschaltet und morgens um 7:00 Uhr wieder ausschaltet. Die
Synchronisation der internen Uhr kann beispielsweise mit Hilfe von über das Stromnetz
übermittelten Zeitdaten erfolgen.
Eine zusätzliche Verbesserung dieser sog. Freilauf-Funktion wird dadurch erreicht, daß
keine zeitfesten Befehle übermittelt werden, sondern lediglich zeit-relative Befehle, die
sich auf den jeweiligen Sonnenstand beziehen. Hierzu können die über das GPS-Gerät 7
erhaltenen Positionsdaten sowie die mit Hilfe der Uhr erhaltenen Zeit- und
Datumsangaben verwendet werden. Anhand dieser Daten kann der jeweilige
Sonnenstand berechnet werden, so daß sich die Leuchten L beispielsweise eine halbe
Stunde vor Sonnenuntergang automatisch mit einer Helligkeit einschalten, die 50% der
maximalen Helligkeit entspricht. Zum Zeitpunkt des Sonnenuntergangs kann dann die
Helligkeit auf einen Maximalwert geändert werden.
Ergänzend zur Berechnung des Sonnenstandes oder alternativ dazu können die Leuchten
L allerdings auch einen in den Fig. 2 und 3 dargestellten Lichtsensor 8 aufweisen,
dessen Eingangssignal bei der Helligkeitssteuerung der Leuchten L berücksichtigt wird.
Die von den Lichtsensoren 8 erfaßten Daten können ferner im Rahmen eines zyklischen
Abfragens an den zentralen Server 3 übermittelt werden, um an zentraler Stelle
entsprechende Informationen zur Steuerung der Anlage berücksichtigen zu können.
Darüber hinaus können die Leuchten L auch andere Sensoren zur Erfassung von
Umgebungsparametern, beispielsweise der Temperatur oder dergleichen enthalten.
Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Sensor kann allgemein zur Erfassung von
Umgebungsparametern vorgesehen sein, die dann bei der Ausführung der Befehle
berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der Sensor auch zur Erfassung der
Temperatur oder des Vorhandenseins von Nebel verwendet werden. Schließlich wäre es
auch denkbar, einen Neigungssensor zu installieren, über den feststellbar ist, ob die
Leuchte aufgrund von äußeren Einflüssen - beispielsweise eines Unfalls oder
dergleichen - beschädigt bzw. geneigt wurde.
Die Aktionsliste für die zuvor beschriebene Freilauf-Funktion der Leuchten L wird -
wie beschrieben - dadurch erstellt, daß die Leuchten L die zuletzt während des
regulären Betriebs erhaltenen Befehle speichern. Die Freilauf-Funktion kann alternativ
dazu auch gezielt dadurch eingesetzt werden, daß den Leuchten L zu Beginn des
Betriebs einmalig eine entsprechende Aktionsliste übermittelt wird. Anschließend
erfolgen allerdings keine weiteren Befehle mehr. Die Leuchten L arbeiten dann so lange
selbständig, bis sie irgendwann später neue Befehle enthalten. Das Einspeichern einer
entsprechenden Aktionsliste kann alternativ dazu auch über eine Powerline-Schnittstelle
erfolgen, über die beispielsweise ein Laptop 9 oder dergleichen angeschlossen wird.
Hierdurch können die Leuchten L unabhängig von einer Außenlichtanlage programmiert
werden und anschließend selbstständig arbeiten.
Die erfindungsgemäße Außenlichtanlage zeichnet sich somit durch die vielfältige
Funktionsfähigkeit der einzelnen Leuchten aus, die unter einer Berücksichtigung von
entsprechenden Umgebungsparametern weitestgehend unabhängig arbeiten können,
gleichzeitig allerdings auch für einen umfangreichen Datenaustausch mit anderen
Leuchten oder einen zentralen Steuereinheit geeignet sind. Dabei wird durch die
Repeater-Funktion der Leuchten auch über weite Entfernungen hinweg ein zuverlässiger
Datentransfer über das Stromnetz ermöglicht, ohne daß hierfür zusätzliche
Datenleitungen notwendig wären.
Claims (20)
1. Verfahren zum Steuern von elektrischen Geräten, insbesondere von Leuchten (L),
die an ein gemeinsames Stromversorgungsnetz (1) angeschlossen sind,
wobei die elektrischen Geräte mittels einem Powerline-Verfahren Informationen mit einer Steuereinheit (2) über das Stromversorgungsnetz (1) austauschen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrischen Geräte derart zueinander synchronisiert sind, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen von dem Stromversorgungsnetz (1) empfangen bzw. in dieses senden,
wobei jedes elektrische Gerät eine in einem Sende- und Empfangszyklus empfangene Information in einem mittelbar oder unmittelbar folgenden Sende- und Empfangszyklus wieder in das Stromversorgungsnetz (1) sendet.
wobei die elektrischen Geräte mittels einem Powerline-Verfahren Informationen mit einer Steuereinheit (2) über das Stromversorgungsnetz (1) austauschen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrischen Geräte derart zueinander synchronisiert sind, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen von dem Stromversorgungsnetz (1) empfangen bzw. in dieses senden,
wobei jedes elektrische Gerät eine in einem Sende- und Empfangszyklus empfangene Information in einem mittelbar oder unmittelbar folgenden Sende- und Empfangszyklus wieder in das Stromversorgungsnetz (1) sendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein elektrisches Gerät eine in einem Sende- und Empfangszyklus empfangene
Information lediglich dann wieder in einem mittelbar oder unmittelbar folgenden Sende-
und Empfangszyklus in das Stromversorgungsnetz (1) sendet, falls die Information nicht
ausschließlich für das jeweilige elektrische Gerät selbst bestimmt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrischen Geräte eine weiterzuleitende Information für eine vorgegebene
Anzahl von aufeinanderfolgenden Sende- und Empfangszyklen in das
Stromversorgungsnetz (1) senden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein elektrisches Gerät eine Information nicht wieder in das Stromversorgungsnetz
(1) sendet, falls es diese Information bereits zu einem früheren Zeitpunkt weitergeleitet
hat.
5. Steuerungssystem für elektrische Geräte, insbesondere für Leuchten (L), die an ein
gemeinsames Stromversorgungsnetz (1) angeschlossen sind,
wobei das Steuerungssystem mindestens eine ebenfalls an das Stromversorgungsnetz (1) anschließbare Steuereinheit (2) sowie Sende- und Empfangseinheiten (S) aufweist, die mit einem Powerline-Verfahren Informationen mit der Steuereinheit (2) über das Stromversorgungsnetz (1) austauschen und jeweils einem elektrischen Gerät zugeordnet werden können,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sende- und Empfangseinheiten (S) derart zueinander synchronisiert sind, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen von dem Stromversorgungsnetz (1) empfangen bzw. in dieses senden,
wobei die Sende- und Empfangseinheiten (S) zum Weiterleiten der Informationen eine Repeater-Funktion aufweisen, indem sie eine in einem Sende- und Empfangszyklus empfangene Information in einem mittelbar oder unmittelbar folgenden Sende- und Empfangszyklus wieder in das Stromversorgungsnetz (1) senden.
wobei das Steuerungssystem mindestens eine ebenfalls an das Stromversorgungsnetz (1) anschließbare Steuereinheit (2) sowie Sende- und Empfangseinheiten (S) aufweist, die mit einem Powerline-Verfahren Informationen mit der Steuereinheit (2) über das Stromversorgungsnetz (1) austauschen und jeweils einem elektrischen Gerät zugeordnet werden können,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sende- und Empfangseinheiten (S) derart zueinander synchronisiert sind, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen von dem Stromversorgungsnetz (1) empfangen bzw. in dieses senden,
wobei die Sende- und Empfangseinheiten (S) zum Weiterleiten der Informationen eine Repeater-Funktion aufweisen, indem sie eine in einem Sende- und Empfangszyklus empfangene Information in einem mittelbar oder unmittelbar folgenden Sende- und Empfangszyklus wieder in das Stromversorgungsnetz (1) senden.
6. Leuchte (L) für eine Lichtanlage, die aus mehreren an ein gemeinsames
Stromversorgungsnetz (1) angeschlossen Leuchten (L) besteht,
wobei die Leuchte eine Sende- und Empfangseinheit (S) aufweist, die als Schnittstelle gemäß dem Powerline-Verfahren ausgelegt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sende- und Empfangseinheit (S) derart ausgestaltet ist, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen austauschen kann,
wobei die Sende- und Empfangseinheit (S) zum Übertragen der Informationen eine Repeater-Funktion aufweist, indem sie eine in einem Sende- und Empfangszyklus empfangene Information in einem mittelbar oder unmittelbar folgenden Sende- und Empfangszyklus wieder sendet.
wobei die Leuchte eine Sende- und Empfangseinheit (S) aufweist, die als Schnittstelle gemäß dem Powerline-Verfahren ausgelegt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sende- und Empfangseinheit (S) derart ausgestaltet ist, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen austauschen kann,
wobei die Sende- und Empfangseinheit (S) zum Übertragen der Informationen eine Repeater-Funktion aufweist, indem sie eine in einem Sende- und Empfangszyklus empfangene Information in einem mittelbar oder unmittelbar folgenden Sende- und Empfangszyklus wieder sendet.
7. Verfahren zum Steuern von elektrischen Geräten, insbesondere von Leuchten (L),
die an ein gemeinsames Stromversorgungsnetz (1) angeschlossen sind,
wobei die elektrischen Geräte mittels einem Powerline-Verfahren Informationen über das Stromversorgungsnetz (1) austauschen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrischen Geräte derart zueinander synchronisiert sind, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen empfangen bzw. aussenden,
wobei ein Sende- und Empfangszyklus in mindestens zwei Zeitabschnitte unterteilt ist, von denen ein erster Zeitabschnitt zum Übertragen von Steuerbefehlen bzw. Abfragebefehlen zu den elektrischen Geräten und ein weiterer, zeitlich von dem ersten getrennter Zeitabschnitt zum Übertragen von Betriebs- oder Statusinformationen ausgehend von den elektrischen Geräten vorgesehen ist.
wobei die elektrischen Geräte mittels einem Powerline-Verfahren Informationen über das Stromversorgungsnetz (1) austauschen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrischen Geräte derart zueinander synchronisiert sind, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen empfangen bzw. aussenden,
wobei ein Sende- und Empfangszyklus in mindestens zwei Zeitabschnitte unterteilt ist, von denen ein erster Zeitabschnitt zum Übertragen von Steuerbefehlen bzw. Abfragebefehlen zu den elektrischen Geräten und ein weiterer, zeitlich von dem ersten getrennter Zeitabschnitt zum Übertragen von Betriebs- oder Statusinformationen ausgehend von den elektrischen Geräten vorgesehen ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des ersten Zeitabschnitts eine Steuereinheit (2) zyklisch Abfragebefehle an
die an das Stromversorgungsnetz (1) angeschlossenen elektrischen Geräte übermittelt,
um deren Betriebszustand abzufragen.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinheit (2) das zyklische Senden der Abfragebefehle unterbricht, um
einen Steuerbefehl an ein elektrisches Gerät zu senden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Sende- und Empfangszyklus in drei Zeitabschnitte unterteilt ist, wobei der dritte
Zeitabschnitt zum Übertragen von Ereignismeldungen vorgesehen ist, die von einem
elektrischen Gerät ausgesendet werden.
11. Steuerungssystem für elektrische Geräte, insbesondere für Leuchten (L), die an ein
gemeinsames Stromversorgungsnetz (1) angeschlossen sind,
wobei das Steuerungssystem mindestens eine ebenfalls an das Stromversorgungsnetz (1) anschließbare Steuereinheit (2) sowie Sende- und Empfangseinheiten (S) aufweist, die mit einem Powerline-Verfahren Informationen mit der Steuereinheit (2) über das Stromversorgungsnetz (1) austauschen und jeweils einem elektrischen Gerät zugeordnet werden können,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sende- und Empfangseinheiten (S) der elektrischen Geräte derart zueinander synchronisiert sind, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen von dem Stromversorgungsnetz (1) empfangen bzw. in dieses senden,
wobei ein Sende- und Empfangszyklus in mindestens zwei Zeitabschnitte unterteilt ist, von denen ein Zeitabschnitt zum Übertragen von Steuerbefehlen bzw. Abfragebefehlen zu einem elektrischen Gerät und der andere, zeitlich getrennte Zeitabschnitt zum Übertragen von Betriebs- oder Statusinformationen eines elektrischen Geräts zu der Steuereinheit (2) vorgesehen ist.
wobei das Steuerungssystem mindestens eine ebenfalls an das Stromversorgungsnetz (1) anschließbare Steuereinheit (2) sowie Sende- und Empfangseinheiten (S) aufweist, die mit einem Powerline-Verfahren Informationen mit der Steuereinheit (2) über das Stromversorgungsnetz (1) austauschen und jeweils einem elektrischen Gerät zugeordnet werden können,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sende- und Empfangseinheiten (S) der elektrischen Geräte derart zueinander synchronisiert sind, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen von dem Stromversorgungsnetz (1) empfangen bzw. in dieses senden,
wobei ein Sende- und Empfangszyklus in mindestens zwei Zeitabschnitte unterteilt ist, von denen ein Zeitabschnitt zum Übertragen von Steuerbefehlen bzw. Abfragebefehlen zu einem elektrischen Gerät und der andere, zeitlich getrennte Zeitabschnitt zum Übertragen von Betriebs- oder Statusinformationen eines elektrischen Geräts zu der Steuereinheit (2) vorgesehen ist.
12. Leuchte,
aufweisend eine Schnittstelle, über die ihr mit einem Powerline-Verfahren
Betriebsinformationen über ihre Stromversorgung (1) übermittelbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schnittstelle derart ausgestaltet ist, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen über die Stromversorgung (1) empfängt bzw. aussendet,
wobei ein Sende- und Empfangszyklus in mindestens zwei Zeitabschnitte unterteilt ist, von denen ein Zeitabschnitt zum Übertragen von Steuerbefehlen bzw. Abfragebefehlen zu der Leuchte (L) und der andere Zeitabschnitt zum Aussenden von Betriebs- oder Statusinformationen von der Leuchte (L) vorgesehen ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schnittstelle derart ausgestaltet ist, daß sie in vorgegebenen Sende- und Empfangszyklen Informationen über die Stromversorgung (1) empfängt bzw. aussendet,
wobei ein Sende- und Empfangszyklus in mindestens zwei Zeitabschnitte unterteilt ist, von denen ein Zeitabschnitt zum Übertragen von Steuerbefehlen bzw. Abfragebefehlen zu der Leuchte (L) und der andere Zeitabschnitt zum Aussenden von Betriebs- oder Statusinformationen von der Leuchte (L) vorgesehen ist.
13. Verfahren zum Steuern einer Leuchte (L),
wobei der Leuchte (L) mittels einem Powerline-Verfahren Informationen zum Betreiben der Leuchte (L) von einer Steuereinheit (2) über ihre Stromversorgung (1) übermittelbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leuchte (L) zumindest einen Teil der empfangenen Informationen, welche als Steuerbefehle die Helligkeitssteuerung der Leuchte (L) betreffen, speichert und diese gespeicherten Befehle selbständig wiederholt ausführt, sofern sie keine anderslautenden Informationen erhält.
wobei der Leuchte (L) mittels einem Powerline-Verfahren Informationen zum Betreiben der Leuchte (L) von einer Steuereinheit (2) über ihre Stromversorgung (1) übermittelbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leuchte (L) zumindest einen Teil der empfangenen Informationen, welche als Steuerbefehle die Helligkeitssteuerung der Leuchte (L) betreffen, speichert und diese gespeicherten Befehle selbständig wiederholt ausführt, sofern sie keine anderslautenden Informationen erhält.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die der Leuchte (L) übermittelten Steuerbefehle eine bezüglich des Sonnenstands
relative Zeitangabe enthalten, wobei die Leuchte (L) anhand von Zeit- und
Datumsinformationen sowie von Standortinformationen die tatsächliche Zeit zum
Ausführen eines Befehls berechnet.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leuchte (L) beim Ausführen der Steuerbefehle Umgebungsparameter
berücksichtigt.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leuchte (L) beim Ausführen der Steuerbefehle die Umgebungshelligkeit
berücksichtigt.
17. Leuchte,
aufweisend eine Schnittstelle, über die ihr mit einem Powerline-Verfahren Betriebsinformationen über ihre Stromversorgung übermittelbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leuchte (L) einen Speicher zum speichern derjenigen empfangenen Informationen aufweist, welche als Steuerbefehle die Helligkeitssteuerung der Leuchte betreffen,
und daß die Leuchte derart ausgestaltet ist, daß sie diese gespeicherten Befehle selbständig ausführt und ggf. wiederholt, sofern sie keine anderslautenden Informationen erhält.
aufweisend eine Schnittstelle, über die ihr mit einem Powerline-Verfahren Betriebsinformationen über ihre Stromversorgung übermittelbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leuchte (L) einen Speicher zum speichern derjenigen empfangenen Informationen aufweist, welche als Steuerbefehle die Helligkeitssteuerung der Leuchte betreffen,
und daß die Leuchte derart ausgestaltet ist, daß sie diese gespeicherten Befehle selbständig ausführt und ggf. wiederholt, sofern sie keine anderslautenden Informationen erhält.
18. Leuchte nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese einen Zeitgeber aufweist, wobei die Leuchte (L) anhand von
Zeitinformationen sowie von Standortinformationen die tatsächliche Zeit zum
Ausführen eines Befehls berechnet.
19. Leuchte nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese eine Vorrichtung (7) zum Speichern von Standortinformationen aufweist.
20. Leuchte nach einem der Ansprüche 17 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese einen Sensor (8) zum Erfassen von Umgebungsparametern aufweist.
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