DE4111397A1 - Anlage und verfahren zum steuern und regeln von lichtregler-stellelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage sowie ein Verfahren zum Steuern und Regeln von Lichtregler-Stellelementen.

Der Erfinder hat sich das Ziel gesetzt, ein neues Computer-Lichtregel­ system zu entwickeln, welches besonders geeignet ist, bei Steuerung von Lichtregler-Stellelementen auf die Eigenheiten eines jeden Leucht­ mittels einzugehen sowie dessen Lebensdauer, Lichtausbeute und Wirt­ schaftlichkeit zu optimieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt eine Anlage zum bidirektionalen, analogen Steuern und Regeln von Lichtregler-Stellelementen in sog. Echtzeit unter Verwendung von deren Niedervolt-Regelspannung mittels seriellem Netzwerk - auf Adressen-Daten-Basis - mit einem Rechner und einem diesem nachgeschalteten Sender, der in Abstand mit einem an wenigstens einen Lichtregler angeschlossenen Empfänger verkabelt ist, wobei an den Lichtregler zumindest ein Lumineszenzträger oder Leuchtmittel angeschlossen ist. Bevorzugt wird diese Anlage bei einem Verfahren eingesetzt, bei dem eine in einem Rechner installierte Elektronik-Karte Steuersignale eines Programmes in genormte Pegel umwandelt, die in einem Sender in serielle Signale für einen Empfänger umgewandelt werden, wobei durch die Elektronik-Karte auch eingehende serielle Signale des Empfängers am Sender in parallele Signale umgewandelt und dem Rechner zugeführt werden.

Unter einer Echtzeit-Berechnung wird verstanden, daß der Rechner mit dem Berechnen der aktuellen Zeitgegebenheiten "mithalten" kann, also nicht im voraus berechnet - über eine längere Periode -, um das Berechnete dann in einer kürzeren Periode wiederzugeben.

Zusätzliche erfinderische Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit der erfindungsgemäßen Lehre wird ein Komplettsystem zur bidirek­ tionalen, analogen Steuerung und Regelung von Lichtregler-Spezial- Stellelementen in sog. Echtzeit angeboten unter Verwendung von deren Niedervolt-Regelspannung mittels seriellem Netzwerk - auf Adressen- Daten-Basis - durch Rechner des Industrie-Standards zum Zweck der Adaption der Leuchtmittel:

• - optische und sonstige Umweltgegebenheiten (z. B. Tageslicht, Auslastung o. ä.);
• - Rationalisierung des Energieverbrauchs (Spitzenstrombegrenzung);
• - Schaltzeiten;
• - Programmsteuerung mittels Reglerkennlinien;
• - Synthese aus diesen oder weiteren Parametern.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anlage;

Fig. 2 eine Graphik mit Reglerkennlinien;

Fig. 3 eine sog. Frierliste;

Fig. 4 eine Querverweisliste.

In einem Standard-PC 10 mit Laufwerk 12, Tastatur 14 und Drucker 16 wandelt eine fest installierte Elektronik-Karte "LARS" von einem Pro­ gramm kommende Computer-Steuersignale in genormte Pegel um, die dann den Rechner verlassen und in einem Sender 18 in serielle Signale umgewandelt werden. Dieselbe Karte übermittelt auch die eingehenden Signale des Senders 18 an das Programm. Die Kommunikation zwischen dem Senderbaustein 18 und einem Empfängerbaustein 20 erfolgt mittels eines Dreileiterkabels 22. Die Signale lassen sich zwischen Sender- und Empfängerbausteinen 18, 20 über eine Entfernung von mehr als 3000 m <Kabellänge a) problemlos und ohne abgeschirmtes Kabelmaterial über­ tragen. Sowohl Sender 18 als auch Empfängerbaustein 20 verfügen über opto-entkoppelte Ausgänge, um Beschädigungen beispielsweise durch Netzspannungen zu verhindern.

Die Aufgabe des Senders 18 ist es, die genormten Signale aus dem Com­ puter 10 in serielle Signale zu übersetzen und serielle Signale, die von den Empfängern 20 kommen, in parallele Signale für den Computer 10 zu überführen. Der Empfänger 20 verfügt über die Möglichkeit, digitale und analoge Signale an den Sender 18 und damit an die Steuersoftware zu übertragen, womit die Anpassung von Reglern an bestimmte Umweltgegebenheiten (Lichtstärke, Temperatur, Niederschlag...) ermöglicht wird.

Die Empfänger 20 übersetzen die seriellen Signale des Senders 18 in parallele Signale, mit denen ein D/A-Wandler und ein Relais ange­ sprochen werden. Das Relais wiederum spricht die Speisespannung eines Reglers 24 bzw. eines Leuchtmittels 26 an. Der D/A-Wandler erzeugt die für die Regler 24 wichtigen analogen Werte, die dann mittels Optokoppler und Spannungsteiler direkt die Steuerspannung des Reglers 24 beeinflussen.

Es ist auch möglich, mit dem Steuernetz ebenfalls andere Stellglieder - Schalter, Relais oder Verbraucher - anzusprechen, die mit einer Steuerspannung von 10 V (max. 30 V) arbeiten.

Der Regler 24 ist ein Phasenanschnitt-Lichtregler und arbeitet mit einer Steuerspannung von 0 bis 10 V Gleichspannung. Somit entspricht er der Norm für analoge Steuersignale. Geregelt werden können damit u. a. folgende Lumineszenzträger:

• - Glühfaden-Leuchtmittel;
• - Neon-Leuchtmittel (z. B. Werbeträger);
• - Leuchtstoff-Leuchtmittel (z. B. Leucht­ stofflampen);
• - Halogen-Leuchtmittel (220 V - Typen);
• - Niedervolt-Leuchtmittel (z. B. 12 V - Halo­ genlampen);
• - Halogen-Metalldampflampen;
• - Natrium-Dampflampen;
• - Quecksilber-Dampflampen.

Das Steuerprogramm der Anlage ist im Rahmen der Erfindung ein unter Verwendung eines Hochsprachenkompilers erstelltes Programm mit einem ausführenden Teil, einem Programmierteil sowie Programmteilen für Querverweise und Einfrieren.

Im ausführenden Teil wird die - in einer kodierten (geschützten) Da­ tenbank abgelegte - Regelsequenz angesprochen und zur Ausführung freigegeben. Der Ablauf der Reglerbeeinflussung geschieht in sog. Echtzeit, wobei auch bei verzögerten Transaktionen (z. B. Steuernetz- Ausfall) nach Wiederanlaufen des Netzes der der Realzeit entsprechende Regelwert zur Übertragung freigegeben wird. Eine Steuersequenz erstreckt sich über 24 Stunden. In der Sequenz nicht direkt definierte Regelzustände zwischen zwei (einem!!) in der Sequenz direkt definierten Regelzuständen (-zustand), werden logisch-linear interpoliert. Auf diese Art ist es möglich, den Regler über ein Zeitintervall von einem Regelwert linear auf einen anderen ansteigen (abfallen) zu lassen. Ist der Anfangs-Regelwert mit dem End-Regelwert identisch, so sind die Regelwerte im Inneren des durch den Anfangs- Regelwert und den End-Regelwert bestimmten Regel-Intervalls mit den Begrenzungs-Regel-Werten identisch. Die Regelwerte umfassen den gesamten Bereich des Regelelementes, da der gesamte Bereich der Steuerspannung des Regelelementes ausgenutzt werden kann. Es ist neben dem Ansprechen der Steuerspannung des Regelelementes auch das An- und Ausschalten des Verbrauchers durchführbar, welches durch den Regler selbst nicht möglich ist. Das Programm gibt neben dem Namen der aktiven Regelsequenz auch Uhrzeit und aktuellen Energieverbrauch aller angeschlossener Leuchtmittel wieder. Das Programm - aktives Programm:
Ramadan.Pro - unterstützt sog. Multitaskingprogramme, RAM-Disks, CACHE-Speicher und ist auf vernetzten Rechnern lauffähig. Interne Versuche mit verschiedenen Rechnertypen verschiedener Hersteller ergaben keine Restriktionen in der Wahl des Rechnertypes.

Bei einem Ausfall des seriellen Übertragungsnetzes wird dieser im aus­ führenden Programmteil durch den Kommentar "NETZAUSFALL" angezeigt. Die Regelelemente behalten ihre Information bei - und infolgedessen ebenfalls die Stellglieder Leuchten 26 - ihren derzeitigen Zu­ stand. Ist die Fehlerquelle behoben, läuft das Übertragungsnetz wieder selbständig an und überträgt die echtzeitlich korrekten Regelwerte an die Regler 24.

Das Programm überprüft vor und nach Absendung der Reglerwerte den Zu­ stand des Netzwerkes. Dennoch kann die Möglichkeit der Fehlübertragung einzelner Reglerwerte durch Fremdbeeinflussung nicht vollständig ausgeschlossen werden, da es sich um ein redundanzfreies, ungeschirmtes Netzwerk handelt. Größere Auswirkungen einer Fehlüber­ tragung auf das Regel geschehen sind nicht zu erwarten; das Netzwerk überträgt die Regelwerte mehrmals pro Sekunde an die Regler 24. Die physikalische Regel-Trägheit der Leuchtmittel 26 selbst verhindert die Wahrnehmung dieser Ausreißer.

Es wird davon ausgegangen, daß es sich bei Ausfall der Spannungsver­ sorgung um einen allgemeinen Notfall handelt. Demzufolge hat das Pro­ grammpaket einen Panik-Schnellstart, bei dem - ungeachtet des Ener­ gieverbrauchs - alle Leuchtmittel automatisch eingeschaltet und auf maximale Leistung geregelt werden. Wird das Programm manuell gestar­ tet, kann dieser Vorgang durch den Bediener verhindert werden, um Un­ stetigkeiten bzw. Energiespitzen zu vermeiden.

Mit dem Programmierteil kann auf einfache und effektive Weise der lichttechnische Tagesrhythmus in der zu regelnden Umgebung bestimmt werden. Je Rechner 10 kann das System eintausendvierundzwanzig Regler 24 in Echtzeit ansprechen, und von jedem der Regler 24 können mehrere Leuchtmittel 26 gleichzeitig angesprochen werden. Die Eingabe der Regelwerte kann auf ein Minimum reduziert werden, da das Programm alle logischen Zwischenwerte errechnet, um keine Unstetigkeiten aufkommen zu lassen. Kürzestes programmtechnisches Beeinflussungsintervall sind fünf Minuten, wobei auch diese Zeitspanne vom Programm in über 300 logische linear-interpolierte Regelwerte umgesetzt wird. Die Kennlinien der einzelnen Regler 24 lassen sich gemäß Fig. 2 grafisch darstellen; letztere zeigt die Regler-Kennlinien der Empfänger 0 OEa bis 7 2Bou in Abhängigkeit von Zeit (0 bis 24 h) und Regelzustand (0% bis 100%) Licht.

Mit Querverweisen (Querverweisliste in Fig. 4) hat der Benutzer die Möglichkeit, die einzelnen Regler 24 zu definieren. Daneben kann man den Reglern 24 Kurznamen geben und die Leuchtmittellast erfassen. Letztere ist dann wiederum Basis für die Aussage über den gesamten Energieverbrauch während der beschriebenen Regelung.

Zudem besteht die Möglichkeit, die Regler 24 auf einem bestimmten Re­ gelwert einzufrieren, um sie aus dem Regel geschehen auszukoppeln (sog. Frierliste in Fig. 3). Diese eingefrorenen Regler 24 werden - ebenso, wie alle anderen - mehrmals pro Sekunde angesprochen, jedoch immer mit dem vorbestimmten Regelwert, auf dem sie eingefroren sind. Dies ist notwendig, wenn temporäre Licht-Akzente gesetzt werden sollen, aber nicht extra eine separate Regelsequenz programmiert werden will.

Claims (7)

1. Anlage zum bidirektionalen, analogen Steuern und Regeln von Lichtregler-Stellelementen in Echtzeit unter Verwendung von deren Niedervolt-Regelspannung mittels seriellem Netzwerk mit einem Rechner (10) und einem diesen nachgeschalteten Sender (18), der in Abstand (a) mit einem an wenigstens einen Lichtregler (24) angeschlossenen Empfänger (20) verkabelt ist, wobei an den Lichtregler zumindest ein Lumineszenzträger oder Leuchtmittel (26) angeschlossen ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (18) und Empfänger (20) mit opto-entkoppelten Ausgängen versehen sind.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Empfänger (20) ein D/A-Wandler und ein Relais nachgeschaltet sind sowie letzteres mit einem Regler (24) bzw. ein Leuchtmit­ tel (26) angeschlossen ist.

4. Verfahren zum bidirektionalen, analogen Steuern und Regeln von Lichtregler-Stellelementen in Echtzeit, insbesondere unter Verwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine in einem Rechner installierte Elektronik-Karte Steuersignale eines Programmes in genormte Pegel umwandelt, die in einem Sender in serielle Signale für einen Empfänger umgewandelt werden, wobei durch die Elektronik-Karte auch eingehende serielle Signale des Empfängers am Sender in paral­ lele Signale umgewandelt und dem Rechner zugeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vom Empfänger die seriellen D/A-Wandler und ein Relais umgewandelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais die Speisespannung eines Reglers bzw. eines Leucht­ mittels anspricht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit dem D/A-Wandler analoge Werte für den Regler erzeugt werden, welche dessen Steuerspannung mittels Optokopp­ ler und Spannungsteiler direkt beaufschlagen.