EP0857008A1 - Dezentral organisiertes Steuersystem für elektrische Stromkreise - Google Patents

Dezentral organisiertes Steuersystem für elektrische Stromkreise Download PDF

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EP0857008A1
EP0857008A1 EP98890024A EP98890024A EP0857008A1 EP 0857008 A1 EP0857008 A1 EP 0857008A1 EP 98890024 A EP98890024 A EP 98890024A EP 98890024 A EP98890024 A EP 98890024A EP 0857008 A1 EP0857008 A1 EP 0857008A1
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control unit
control
bus
inverter
control system
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EP98890024A
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Karl Dr. Vetter Von Der Lilie
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B39/00—Circuit arrangements or apparatus for operating incandescent light sources
    • H05B39/04—Controlling
    • H05B39/08—Controlling by shifting phase of trigger voltage applied to gas-filled controlling tubes also in controlled semiconductor devices
    • H05B39/083—Controlling by shifting phase of trigger voltage applied to gas-filled controlling tubes also in controlled semiconductor devices by the variation-rate of light intensity
    • H05B39/085—Controlling by shifting phase of trigger voltage applied to gas-filled controlling tubes also in controlled semiconductor devices by the variation-rate of light intensity by touch control
    • H05B39/086—Controlling by shifting phase of trigger voltage applied to gas-filled controlling tubes also in controlled semiconductor devices by the variation-rate of light intensity by touch control with possibility of remote control
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/18—Controlling the light source by remote control via data-bus transmission

Definitions

  • the invention relates to a decentrally organized Control system for electrical circuits, being consumers via switching elements switchable by control elements Supply network are connected. It relates in particular to a system for controlling electrical circuits for large buildings and complexes of buildings with the aim of any desired Place selectively on everyone connected to the system Access to consumers without needing to be fat and having to lay unmanageable wiring harnesses.
  • Serial information transmission systems are for example from the magazine "Electronic", issue 19, 1982, pages 88-96, known.
  • So-called local networks are used in communication technology used in which a large number of is coupled by participants. This has the particular advantage that through a single information transmission system unrestricted exchange of information between the connected Participants. It's the whole thing System very variable, as new participants do not have separate ones Lines connected to all existing subscribers must be, but only a connection to the data bus is required.
  • GB 2,187,866 A describes a lighting control system, a low-voltage network for signal transmission between microcomputers used.
  • the microcomputers determine the individual Switching functions corresponding to those stored in a ROM Commands and the switching states stored in a RAM of the individual switches.
  • a disadvantage of this system is that only one switch is assigned to each switching function can be.
  • US 5,059,871 A enables the operation of one Function from several positions, but has the disadvantage that that for each desired function (ON-OFF, UP-DOWN) separate Switches are required, making the individual control units become confusing due to the large number of buttons.
  • the EIB system based on this technology and its applications work on the basis of two-wire technology, whereby the data signals be modulated onto the supply voltage.
  • each control unit has channels definable by binary coding and for information transfer the channel number serial without channel content is sent and the ON-OFF function of the switching elements by inverting the actual state, the dimming function by increasing or decreasing one realized via the software Counter is generated and the phase of the mains voltage Meter reading is cut accordingly.
  • serial information is displayed placed on the data bus, which is both the intended function as well as an operational control lamp assigned to this activated via a microcontroller.
  • a preferred embodiment of the invention consists in that the information transfer over a bipolar, shielded Cable is made using the shield as a ground becomes.
  • each control unit (1) is a microcontroller 8051 family. Via a latch (19) with tri-state outputs checked via the software whether one of the buttons (11) is pressed becomes. In this case, the address, which is software the actuated button (11) was assigned via the serial Interface (13), an inverter (14a) and a diode (15) placed on the data bus (2). This can be any take the form adapted to the location. The information sent is received by all stations at the same time, including also from the one who sent them out. The transfer of information via the states on-off, dimmer up-down only achieved by sending the respective channel numbers, without Need to deliver channel content.
  • the switching the mains voltage is via switching elements (6), which by an integrated optocoupler galvanically isolated from the mains are.
  • an interrupt is triggered called the receiving routine and at the same time the sending routine blocked so that collisions on the bus are avoided.
  • the supply voltage which is also the information about the Contains zero crossing of the mains voltage, takes place via the bus cable (2) connected to a power supply (maximum 30 V), which is conveniently installed in the distribution box.
  • the state of the addressed one is in the receiver Channel inverted and in an addressable latch (20) stored, both from the same output pin simultaneously the switching element assigned to the respective consumer (3, 4) (6) as well as an associated control lamp (12) is controlled.
  • a counter realized via the software either set up or down and the phase of the line voltage cut according to the meter reading.
  • fix flashing frequency set the duty cycle of 0-100% Counter reading adjusted accordingly.
  • the capacity of the system is 256 in the basic version Functions designed; due to minor program modifications the range of functions can be increased by sending additional bytes will.
  • Each control unit (1) has the standard version a maximum of 8 buttons (11) and the associated control LEDs (12). If desired, it is also possible from a control unit (1) to access more than eight functions, where of course, the space requirement increases accordingly. The same are other functions, such as a general AUS or Similar, addable.
  • the system can be expanded at any time and at any point, without changing the existing installation have to.
  • the system can also be retrofitted added to existing conventional electrical installations will .

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Abstract

Dezentral organisiertes Steuersystem für elektrische Stromkreise, wobei Verbraucher (3, 4) über von Ansteuerelementen (1) schaltbare Schaltelemente (6) an ein Versorgungsnetz (5) angeschlossen sind. Um eine beliebige Ansteuerung der Schaltelemente zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß die Informationsübertragung zu den Ansteuerelementen (1) über ein Buskabel (2) erfolgt, wobei jedes Ansteuerelement (1) durch binäre Codierung festlegbare Kanäle aufweist und zur Informationsübertragung die Kanalnummer seriell ohne Kanalinhalt gesendet wird und die EIN-AUS Funktion der Schaltelemente (6) durch Invertierung des Ist Zustandes, die Dimm Funktion durch Hinauf bzw. Herabsetzen eines über die Software realisierten Zählers erzeugt wird und die Phase der Netzspannung dem Zählerstand entsprechend angeschnitten wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein dezentral organisiertes Steuersystem für elektrische Stromkreise, wobei Verbraucher über von Ansteuerelementen schaltbare Schaltelemente an ein Versorgungsnetz angeschlossen sind. Sie bezieht sich insbesondere auf ein System zur Steuerung elektrischer Schaltkreise für große Gebäude und Gebäudekomplexe mit dem Ziele, von jeder gewünschten Stelle selektiv auf jeden am System angeschlossenen Verbraucher zugreifen zu können, ohne Notwendigkeit, dicke und unüberschaubare Kabelbäume verlegen zu müssen.
Serielle Informationsübertragungssysteme sind beispielsweise aus der Zeitschrift "Electronic", Heft 19, 1982, Seiten 88-96, bekannt. In der Kommunikationstechnik werden sog. lokale Netzwerke eingesetzt, bei denen über einen Datenbus eineVielzahl von Teilnehmern gekoppelt wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß über ein einziges Informationsübertragungssystem ein uneingeschränkter Informations-austausch zwischen den angeschlossenen Teilnehmern möglich wird. Dabei ist das ganze System sehr variabel, da neue Teilnehmer nicht über gesonderte Leitungen mit allen bereits bestehenden Teilnehmern verbunden werden müssen, sondern lediglich ein Anschluß an den Datenbus erforderlich ist.
Anwendungen dieser Technik beschreiben beispielsweise US 5,059,871 A, US 4,484,190 A und GB 2,187,866 A.
So beschreibt GB 2,187,866 A ein Beleuchtungskontrollsystem, das zur Signalübertragung zwischen Microcomputern ein Niederspannungsnetz verwendet. Die Microcomputer bestimmen die einzelnen Schaltfunktionen entsprechend den in einem ROM gespeicherten Befehlen und den in einem RAM gespeicherten Schaltzuständen der einzelnen Schalter. Nachteilig bei diesem System ist, daß jeder Schaltfunktion nur ein einziger Schalter zugeordnet werden kann.
Dem gegenüber ermöglicht US 5,059,871 A das Bedienen einer Funktion auch von mehreren Stellen aus, hat jedoch den Nachteil, daß pro angestrebter Funktion (ON-OFF, UP-DOWN)separate Schalter benötigt werden, wodurch die einzelnen Bedieneinheiten infolge der Vielzahl an Schaltknöpfen unübersichtlich werden.
Das auf dieser Technik beruhende EIB-System und seine Anwendungen arbeiten auf Basis der Zweidrahttechnik, wobei die Datensignale auf die Versorgungsspannung aufmoduliert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem so auszuführen, daß
  • von jeder beliebigen Station aus alle Funktionen bedient und kontrolliert werden können;
  • für jede Funktion nur ein Schaltknopf benötigt wird;
  • durch kompakten Aufbau der Ansteuereinheit in einer handelsüblichen Unterputzdose (O 70mm) Platz gefunden wird;
  • ein nachträglicher Einbau i.a. ohne Stemmarbeiten in bereits bestehende Elektroinstallationsanlagen möglich ist;
  • Kopplungen mit dem Netz, welche mit höherer Störanfälligkeit verbunden sind, vermieden werden;
  • eine möglichst große Anzahl an Verbrauchern (zb. Beleuchtungskörper, Türöffner, Heizstrahler, Alarmanlgen, Motoren etc.) bedient werden kann;
  • Sende und Empfangseinheit eine Baugruppe bilden;
  • die Erweiterung durch zusätzliche Ansteuereinheiten, gleichgültig an welcher Stelle, jederzeit möglich ist.
Dies wird ausgehend von dem eingangs angeführten Steuersystem dadurch erreicht, daß die Informationsübertragung zu den Ansteuereinheiten über ein Buskabel erfolgt, wobei jede Ansteuereinheit durch binäre Kodierung festlegbare Kanäle aufweist und zur Informationsübertragung die Kanalnummer seriell ohne Kanalinhalt gesendet wird und die EIN-AUS Funktion der Schaltelemente durch Invertierung des Ist-Zustandes, die Dimmfunktion durch Hinauf bzw. Herabsetzen eines über die Software realisierten Zählers erzeugt wird und die Phase der Netzspannung dem Zählerstand entsprechend angeschnitten wird.
Bei Betätigen eines Tastschalters wird eine serielle Information auf den Datenbus gelegt, die sowohl die angestrebte Funktion als auch eine dieser zugeordnete Betriebskontrolleuchte über einen Microcontroller aktiviert.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Informationsübertragung über ein zweipoliges, abgeschirmtes Kabel erfolgt, wobei der Schirm als Masse verwendet wird.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben:
  • Figur 1: Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Steuersystems
  • Figur 2: Äußeres Erscheinungsbild einer Ansteuereinheit
  • Figur 3: Buskabel
  • Figur 4: Bus-Interface
  • Figur 5: Schematische Darstellung der Bauelemente und des Funktionsablaufs einer Ansteuereinheit.
    • Die Zeichnungen zeigen im einzelnen:
  • Figur 1 In dem in Figur 1 schematisch dargestellten Steuersystem werden die einzelnen Verbraucher (3, 4) über eine Netzleitung (5) und über ein Schaltelement (6) versorgt. Um die Verbraucher dezentral zu steuern, sind die Schaltelemente(6) an der jeweils nächstgelegenen Ansteuereinheit bzw. Modul (7) angeschlossen (8). Die Ansteuereinheiten (1) sind ihrerseits über das Datenkabel (2), welches neben der Datenleitung auch die Spannungsversorgung führt, verbunden. Eine Ansteuereinheit ist als handelsüblicher Tastschalter (9) dargestellt, welcher über ein Modul (7) seine Informationen auf den Datenbus (2) legt.
  • Figur 2 zeigt eine Ansteuereinheit (1) mit acht Tastern (11) und den ihnen zugeordneten Kontrolleuchtdioden (12).
  • Figur 3 zeigt das Buskabel(2), wobei (2a) den Schirm darstellt, (2b) die positive Versorgungsleitung und (2c) die eigentliche Datenleitung.
  • Figur 4 zeigt das Interface der seriellen Schnittstelle des Microcontrollers (18) zum bidirektionalen Datenbus (2). Über den Ausgang (13) läuft das zu sendende Byte über einen Inverter (14a) und eine Diode (15) auf den Bus (2) und wird gleichzeitig über einen weiteren Inverter (14b) auf den seriellen Prozessoreingang (16) gelegt. Der Widerstand (17) dient als Pull-down Widerstand.
  • Figur 5 zeigt ein Blockdiagramm des Schaltungsaufbaues eines Ansteuerelementes (1) mit Taster (11), Tri-State-Latch (19), Microcontroller (18), adressierbarem Latch (20), Businterface (21), Schaltelemente (6) und Kontrolleuchtdioden (12).
    • Herzstück jeder Ansteuereinheit (1) ist ein Microcontroller der 8051 Familie. Über ein Latch (19) mit Tri-State Ausgängen wird über die Software geprüft, ob einer der Tastknöpfe (11) betätigt wird. In diesem Fall wird die Adresse, welche softwaremäßig dem betätigten Taster (11) zugewiesen wurde über die serielle Schnittstelle (13), einen Inverter (14a) und eine Diode (15) auf den Datenbus (2) gelegt. Dieser kann jede beliebige, den Örtlichkeiten angepaßte Form annehmen. Die ausgesendete Information wird gleichzeitig von allen Stationen empfangen, darunter auch von derjenigen, die sie ausgesendet hat. Die Informationsübetragung über die Zustände Ein-Aus, Dimmer auf-ab wird nur durch Senden der jeweiligen Kanalnummern erreicht, ohne Notwendigkeit einen Kanalinhalt zu übermitteln. Das Schalten der Netzspannung erfolgt über Schaltelemente (6), welche durch einen integrierten Optokoppler galvanisch vom Netz getrennt sind. Sobald der Datenbus (2) besetzt ist, wird über ein Interrupt die Empfangsroutine aufgerufen und gleichzeitig die Senderoutine gesperrt, sodaß Kollisionen am Bus vermieden werden. Die Versorgungspannung, welche auch die Information über den Nulldurchgang der Netzspannung enthält, erfolgt über das Buskabel (2), das an ein Netzgerät (maximal 30 V) angeschlossen ist, welches zweckmäßigerweise im Verteilerkasten montiert wird.
    Bei der Ein-Aus Funktion, wird im Empfänger der Zustand des angesprochenen Kanals inveriert und in einem adressierbaren Latch (20) gespeichert, wobei vom selben Ausgangspin gleichzeitig sowohl das dem jeweiligen Verbraucher(3, 4) zugeordnete Schaltelement (6) als auch eine ebenfalls zugeordnete Kontrolleuchte (12) angesteuert wird. Bei der Dimme-Funktion, wird nach jedem gesendeten Impuls ein über die Software realisierter Zähler entweder hinauf oder hinunter gesetzt und die Phase der Netzspannung dem Zählerstand entsprechend angeschnitten. Um die Dimmstufe bei der Kontrolleuchte (12) zu erkennen, wird bei fix eingestellter Blinkfrequenz das Tastverhältnis von 0-100% dem Zählerstand entsprechend angepaßt.
    Die Kapazität des Systems ist in der Grundausführung auf 256 Funktionen ausgelegt; durch geringfügige Programmodifikationen kann durch Senden weiterer Bytes der Funktionsumfang gesteigert werden.
    Jede Ansteuereinheit (1) verfügt in der Standardausführung über maximal 8 Taster (11) und die dazugehörigen Kontrolleuchtdioden (12). Wenn gewünscht, ist es auch möglich von einer Ansteuereinheit (1) auf mehr als acht Funktionen zuzugreifen, wobei sich natürlich der Platzbebarf entsprechend vergrößert. Desgleichen sind weitere Funktionen, wie zb. ein General-AUS oder Ähnliches, hinzufügbar.
    Das System ist jederzeit und an jeder beliebigen Stelle erweiterbar, ohne die bereits bestehende Installation verändern zu müssen. Weiters kann das System auch nachträglich zu bereits bestehenden konventionellen Elektro-installationen hinzugefügt werden . Neben den Ansteuereinheiten (1) in Standardausführung, mit den Tastern (11) auf der Platine plaziert, ist durch Verzicht auf die Taster der Aufbau eines noch kompakteren Empfangs-Sendemoduls (7) möglich. Auf diese Weise können handelsübliche Wipptaster (9) verwendet werden, wobei das Modul in der selben Unterputzdose Platz findet.

    Claims (9)

    1. Dezentral organisiertes Steuersystem für elektrische Stromkreise, wobei Verbraucher (3, 4) über von Ansteuerelementen (1) schaltbare Schaltelemente (6) an ein Versorgungsnetz (5) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsübertragung zu den Ansteuerelementen (1) über ein Buskabel (2) erfolgt, wobei jedes Ansteuerelement (1) durch binäre Codierung festlegbare Kanäle aufweist und zur Informationsübertragung die Kanalnummer seriell ohne Kanalinhalt gesendet wird und die EIN-AUS Funktion der Schaltelemente (6) durch Invertierung des Ist Zustandes, die Dimm Funktion durch Hinauf bzw. Herabsetzen eines über die Software realisierten Zählers erzeugt wird und die Phase der Netzspannung dem Zählerstand entsprechend angeschnitten wird.
    2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsübertragung über ein zweipoliges, abgeschirmtes Kabel (2)erfolgt, wobei der Schirm als Masse verwendet wird.
    3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Funktionsablauf mittels Microcontroller (18) gesteuert wird.
    4. System nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung an die Busleiung senderseits über einen Inverter (14a) und ein Diode (15), empfängerseits nur über einen Inverter (14b) abläuft (Figur 4) .
    5. System nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß pro Ansteuereinheit (1) ein Senden und Empfangen gleichzeitig erfolgt, um allfällige Störungen des Buskabels (2) leichter zu erkennen und lokalisieren zu können (Figur 4).
    6. System nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ansteuereinheit (1) zugeordnete Platine für 8 Funktionen in einer Standard 70 mm Unterputzdose Platz findet.
    7. System nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung der Kanalnummer der Ansteuereinheit (1) durch Neuprogrammieren änderbar ist.
    8. System nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem beliebigen Ansteuerelement (1) aus alle Kanäle gesteuert und kontrolliert (12) werden können
    9. System, nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß jede Ansteuereinheit (1) pro den einzelnen Funktionen (EIN-AUS, Dimmer) zugeordneten Kanälen einen Taster (11) aufweist.
    EP98890024A 1997-02-03 1998-01-29 Dezentral organisiertes Steuersystem für elektrische Stromkreise Withdrawn EP0857008A1 (de)

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    AT0006697U AT1860U1 (de) 1997-02-03 1997-02-03 Dezentral organisiertes steuersystem für elektrische schaltkreise
    AT66/97 1997-02-03

    Publications (1)

    Publication Number Publication Date
    EP0857008A1 true EP0857008A1 (de) 1998-08-05

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    ID=3480633

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    AT (1) AT1860U1 (de)

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    AT1860U1 (de) 1997-12-29

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