DE3211020C1 - Übertragungs-Einrichtung zur Datenübermittlung zwischen einer Steuerzentrale und mehreren Regel- oder Steuergeräten eines Gebäudes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungs-Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, in größeren Gebäudekomplexen den Betrieb von Klima-, Heizungs-, Elektro-, Sanitär- und anderen haustechnischen Anlagen von einer zentralen Leitstelle aus zu steuern und zu überwachen (Gebäudeleitsystem VISONIK 4000 von LANDIS & GYR). Dabei dienen Mehrdraht-Datenbusse als Verbindungen zwischen den nötigen Eingabe- und Ausgabegeräten. Darüber hinaus besteht aber auch in kleinen und mittleren Anlagen vermehrt ein Bedarf nach einer einfachen, zentralen Steuerung verschiedener haustechnischer Anlagen.

Es wurde daher die Verwendung eines Zweidraht-Datenbusses als Verbindung zwischen einer Steuerzentrale und verschiedenen Regelanlagen vorgeschlagen. Die Datenübertragung bzw. Datenabfrage erfolgt dabei laufend zwischen der Steuerzentrale und einem Regler nach dem anderen durch Impulspaket-Übertragung im Duplex-Betrieb. Unter dem Wort »Regler« sind in den folgenden Ausführungen sowohl eigentliche Regel- als auch reine Steuergeräte zu verstehen. Zweckmäßig wird auf dem Datenbus das NRZ-Format (No Return to Zero) verwendet, bei dem in den Sendepausen immer eine nur an einem Ort des Datenbusses eingespeiste Spannung am Datenbus vorhanden ist. Die Sendeimpulse werden sowohl in der Sendeeinrichtung der Steuerzentrale als auch in den Sendeeinrichtungen der einzelnen Regler durch ein impulsweises, niederohmiges Kurzschließen der Datenbus-Leiter erzeugt, wodurch jeweils die Spannung zwischen diesen Leitern auf einen Minimalwert absinkt.

Eine solche, sehr einfache Einrichtung,, die mit geringem Aufwand herstellbar ist, trägt den Nachteil in sich, daß bei einer Störung durch bleibendes Kurzschließen der beiden Datenbus-Leiter in einem der Regler der Datenaustausch mit allen anderen Reglern ebenfalls unterbunden ist. Es ist daher im Störungsfall auch nicht feststellbar, welcher der Regler die Störung verursacht, und eine Ortung der Störstelle ist nur durch Überprüfung jedes einzelnen Reglers möglich, was in Anbetracht des dezentralisierten Aufstellortes der Regler sehr aufwendig ist.

Darüber hinaus ist es bekannt (BBC-Nachrichten 1979, Heft 2, Seiten 44—48; Technische Mitteilungen AEG-Telefunken 1971, Heft 2, Seiten 123-125 und Siemens-Zeitschrift 1978, Heft 12, Seiten 650-653), innerhalb großer Gebäudekomplexe ein Leitsystem zur Ermittlung von Fehlerquellen aufzubauen, die sich beispielsweise an elektrischen Uhren, Schalteinrichtungen von Feuerschutzklappen und Feuermeldern, Gebäudeleitzentralen, Rundsprechanlagen, Fernsehkameras, elektroakustischen Anlagen, Garageneinfahrten oder dergleichen ergeben. Dabei steht die Zentrale über Stammkabel mit Unterstationen in Verbindung und werden über die Stammkabel neben der Adressenanwahl alle weiteren Informationen übertragen. Durch die Verwendung einer Datensammelschiene wird die Verdrahtung vereinfacht. Das auch als Ringleitung ausbildbare Stammkabel kann mit vielen Übertragungs-

ädern, aber auch mit nur zwei Adern ausgerüstet sein. Durch die Adresse werden die Unterstationen angewählt, wonach die Übertragung der eigentlichen Informationen, wie Meßwerte, Signale und Steuerbefehle, erfolgt. Dabei ist auch der Einsatz von Mikroprozessoren bekannt, die mit Sicherungs- und Kontrollroutinen ausgerüstet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der gattungsgemäßen Übertragungs-Einrichtung eine Möglichkeit zur sofortigen Fehlerlokalisierung zu schaffen, unter Beibehaltung der Funktionsfähigkeit aller übrigen Regler.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert:

In der einzigen Figur bedeutet 1 eine Steuerzentrale eines Gebäudes, die mit einem Zweileiter-Datenbus 2 als Übertragungs-Einrichtung mit mehreren Reglern 3 Mikroprozessor 15 beeinflußt wird, was mit einer unterbrochenen Linie 20 angedeutet ist. Der Schalter 19 überbrückt den Lastwiderstand 18 und gibt damit die Möglichkeit zur Vorwahl zwischen den zwei Spannungsquellen verschiedener Leistung zur Speisung des Datenbusses 2.

Der Mikroprozessor 15 überwacht den Spannungsverlauf am Datenbus 2 entweder direkt über den Eingang 16 der Empfangseinrichtung 7 oder er ist mit

ίο zwei diesem Zweck dienenden Verbindungen 21 an den Datenbus 2 angekoppelt.

Die Eingabe von Impuls-Telegrammen erfolgt durch impulsweises Durchschalten eines der Schaltelemente 13. Die entsprechende Sendeeinrichtung 8 wirkt dann am Datenbus 2 als niederohmige Last. Während einer Telegramm-Übermittlung und während den Sendepausen speist die Spannungsquelle 17 den Datenbus 2 mit einer beschränkten Leistung. Das heißt, der Spannungsquelle 17 ist dann der Lastwiderstand 18 vorgeschaltet.

verbunden ist. In der Figur sind zwei Regler 3a und 3b 20 In den Sendepausen und während den Sendezeiten, in

mit zwei verschiedenen Schaltungsmöglichkeiten dargestellt. Mit gestrichelten Linien 4 ist angedeutet, daß weitere Regler 3 in beliebiger Reihenfolge an den Datenbus 2 anschließbar sind. Jedem Regler 3 ist eine bestimmte Aufgabe zugeordnet, zum Beispiel an einer zum Gebäude gehörenden Einrichtung aus dem Bereich Heizung und Lüftung sowie Sanitär- oder Klimaanlagen. Die Regler 3 sowie die Steuerzentrale 1 beziehen die für ihre Steuer- und Regelaufgabe nötige Energie vom örtlichen Netz, was in der Zeichnungsfigur durch je zwei Anschlüsse 5 angedeutet ist.

Jeder Regler 3 bildet mit einem Stellglied, einem Sollwertgeber und allenfalls mindestens einem Fühler einen selbständigen Regel- bzw. Steuerkreis, dessen Regel- oder Steuerparameter in einem zum Regler 3 gehörenden Mikroprozessor 6 speicherbar sind. Jeder Regler 3 enthält ferner eine zwischen die beiden Leiter des Datenbusses 2 geschaltete Empfangs- und Sendeeinrichtung 7 bzw. 8, die in der Zeichnungsfigur schematisch dargestellt sind.

Die Empfangseinrichtung 7 bildet einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen 9 und 10, an deren Abgriff zwischen den beiden Widerständen 9,10 ein Eingang 11 des Mikroprozessors 6 angekoppelt ist.

denen die Leiter des Datenbusses 2 nicht niederohmig belastet sind, das heißt wenn die Schaltelemente 13 aller Sendeeinrichtungen 8 gesperrt sind, liefert die Spannungsquelle 17 über den Lastwiderstand 18 an den Datenbus 2 eine dem Digitalzustand //der Telegramm-Übermittlung entsprechende Normalspannung Uh- Im Beispiel beträgt diese mindestens 20 V. Beim Durchschalten irgendeines der Schaltelemente 13, das heißt beim Belasten der Spannungsquelle 17 über den Lastwiderstand 18 mit einer der Sendeeinrichtungen 8, fällt die Spannung am Datenbus 2 auf eine dem Digitalzustand L entsprechende kleine Spannung Ul ab. Dazu ist der Innenwiderstand der Spannungsquelle 17 zusammen mit dem Lastwiderstand 18 so ausgelegt, daß auch beim Senden des am weitesten entfernten Reglers 3, in dessen Stromkreis dann zusätzlich ein durch den relativ hohen Leistungswiderstand des Datenbusses 2 hervorgerufener Spannungsabfall auftritt, die Spannung Ul an den Anschlußklemmen des Datenbusses an der Steuerzentrale 1 auf max. 6 V absinkt. Der in jedem Regler 3 und auch in der Steuerzentrale 1 selbst beim Senden durch die Überstromsicherung 12 fließende Strom kann diese nicht zum Ansprechen bringen. Zur Verkleinerung der Flankensteilheit der TeIe-

Die Sendeeinrichtung 8 jedes Reglers 3 besteht aus 45 gramm-Impulse ist es zweckmäßig, wenn der Wider-

einer niederohmigen Reihenschaltung einer Überstromsicherung 12, eines Schaltelementes 13 und eines Widerstandes 14. Als Schaltelement 13 dient ein Transistor, dessen Basis von einem Ausgang 24 des Mikroprozessors 6 angesteuert ist. Als Überstromsicherung 12 dient vorteilhaft eine Schmelzsicherung.

Wie die Regler 3 besitzt die Steuerzentrale 1 einen Mikroprozessor 15 sowie eine gleiche Empfangs- und Sendeeinrichtung 7 bzw. 8 wie die Regler 3. Die stand 14 als Drosselspule ausgebildet ist, wie dies bei der Steuerzentrale 1 und im Regler 3a dargestellt ist, doch kann an Stelle des Widerstandes 14 z. B. auch eine Sekundärwicklung eines Transformators 22 verwendet werden, wie dies der Regler 3b zeigt. Dort ist eine Primärwicklung 23 des Transformators 22 so an die Basis des als Schaltelement 13 dienenden Transistors angekoppelt, daß der Stromimpuls in der Sekundärwicklung beim Durchschalten des Transistors in der

Empfangseinrichtung 7 ist ebenfalls an einen Eingang 16 55 Primärwicklung 23 eine Spannung induziert, die einen

des Mikroprozessors 15 angekoppelt und der als Schaltelement 13 dienende Transistor wird auch vom Mikroprozessor 15 über einen Ausgang 25 angesteuert. Ferner weist die Steuerzentrale 1 neben zwei Spannungsquellen verschiedener Leistung zur alleinigen Spannungseinspeisung des Datenbusses 2 eine von den Impulstelegrammen beeinflußte Schalteinrichtung auf. Im beschriebenen Beispiel werden die zwei Spannungsquellen durch eine Spannungsquelle 17 und einen mit dieser in Reihe schaltbaren Lastwiderstand 18 gebildet. Es könnten dies aber auch zwei abwechslungsweise zuschaltbare, selbständige Spannungsquellen sein. Als Schalteinrichtung dient ein Schalter 19, der vom Strom bewirkt, der dem den Transistor aussteuernden Basisstrom entgegenwirkt. Die so entstehende Rückkopplungswirkung verhindert den raschen Anstieg des Stromes in der Sendeeinrichtung 8. Im beschriebenen Beispiel ist zu diesem Zweck die Primärwicklung 23 zwischen den Ausgang 24 und die Basis des Transistors geschaltet. Auch andere Ankopplungen sind möglich. Diese Anordnung hat gegenüber der Drosselspule den Vorteil, daß die Flankensteilheit nicht mehr von der Streuung des Spannungsabfalles über dem Transistor abhängig ist.

Der Sendebetrieb wird im normalen Ablauf von der Steuerzentrale 1 aus geleitet, wobei die Sendeimpulse

sowohl in der Steuerzentrale 1 als auch in den Reglern 3 in gleicher Weise gebildet werden. Auch der Empfang der an den Empfangseinrichtungen 7 sowohl in der Steuerzentrale 1 als auch in den Reglern 3 auftretenden Spannungsänderungen an den Eingängen 16 bzw. 11 erfolgt überall gleich.

Einen ersten Startbefehl der Steuerzentrale 1 empfangen alle Regler 3. Anschließend erfolgt die Adressenangabe des ersten Reglers, z. B. in 8 Bit-Wortlänge. Der erste Regler bleibt damit als einziger auf Empfang, die anderen schalten sich ab. Dann erfolgt die Übermittlung der Befehle, die vom Mikroprozessor 6 gespeichert werden. Nach einer kurzen Pause sendet der aufgerufene Regler 3 seine eigene Adresse und anschließend seine Antwort, die eine Bestätigung, aber auch ein Meßwert sein kann. Nach Ablauf einer längeren Pause ruft die Steuerzentrale 1 durch einen neuen Startbefehl, den wiederum alle Regler 3 empfangen, den zweiten Regler an. In der gleichen Weise wird ein Regler nach dem anderen angerufen, bis nach dem letzten Reglers wieder der erste an die Reihe kommt.

Verbleibt eines der Schaltelemente 13 infolge eines Defektes dauernd in leitendem Zustand und blockiert damit die gesamte Telegramm-Übertragung, dann ist in der Steuerzentrale 1 die Spannungsquelle 17 mit erhöhter Leistung für eine Störlokalisierung zuschaltbar. Zu diesem Zweck überwacht der Mikroprozessor 15 im beschriebenen Beispiel über seine Verbindungen 21 dauernd den fehlerfreien Ablauf der Telegramm-Übertragung, das heißt den zeitlichen Verlauf der Spannung am Datenbus 2. Der Mikroprozessor 15 veranlaßt im Störfall die Betätigung des Schalters 19, der dann den Lastwiderstand 18 überbrückt. Der nun an die Spannungsquelle 17 mit höherer Leistung angeschlossene Datenbus 2 läßt in der Sendeeinrichtung 7 desjenigen Reglers 3, dessen Schaltelement 13 dauernd leitend ist, einen Strom fließen, der größer als der Auslösestrom seiner Überstromsicherung 12 ist.

Sobald der Stromfluß durch Auslösen der Überstromsicherung 12 unterbrochen ist, veranlaßt der Mikroprozessor 15, daß der Schalter 19 wieder öffnet, und damit

ίο die Rückschaltung des Datenbusses 2 an die Spannungsquelle 17 über den Lastwiderstand 18. Damit kann der Datenaustausch zwischen der Steuerzentrale 1 und den übrigen Reglern 3 wieder aufgenommen werden.
Im beschriebenen Beispiel können bis maximal 128 Regler angesprochen werden. Dies gibt bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von 1024 Baud eine Übertragungszeit von z.B. 0,5Sek./Regler und damit bei maximaler Kapazitätsausnutzung eine Wiederholung alle 64 Sekunden.

2Q Die Programmdaten aller Regler 3 sind im Mikroprozessor 15 der Steuerzentrale 1 unverlierbar gespeichert und werden laufend an die einzelnen Regler 3 übermittelt Die Speicherung kann in den Reglern 3 selbst so ausgelegt sein, daß sie bei einem Spannungs-Ausfall verlorengeht Sie muß dann nach dem Wiederkehren der Spannung von der Steuerzentrale 1 wieder neu aufgebaut werden.

Die Möglichkeit der Abschaltung eines einzelnen Reglers 3, dessen Schaltelement 13 im Sendekreis infolge einer Störung dauernd leitend ist, erlaubt es erst, eine betriebssichere und mit geringem Aufwand herstellbare Anlage zu bauen, die auch beim Ausfall der Sendeeinrichtung 8 einzelner Regler 3 weiter arbeitet

Hierzu I Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Übertragungs-Einrichtung zur Datenübermittlung zwischen einer Steuerzentrale und mehreren Regel- oder Steuergeräten, zur Regelung, Steuerung oder Überwachung von Einrichtungen aus dem Bereich Heizung und Lüftung sowie Sanitär- oder Klimaanlagen, mit einem die Steuerzentrale mit den Reglern bzw. Steuergeräten verbindenden Datenbus, wobei sowohl die Steuerzentrale als auch die Regler bzw. Steuergeräte je eine Sende- und eine Empfangseinrichtung enthalten zur Übertragung von Impulstelegrammen zwischen der Steuerzentrale und den Reglern bzw. Steuergeräten und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (8) in den Reglern bzw. Steuergeräten (3) aus je einer zwischen die beiden Datenbus-Leitungen (2) geschalteten niederohmigen Reihenschaltung einer Überstromsicherung (12), eines Schaltelementes (13) und eines Widerstandes (14) besteht und die Steuerzentrale (1) neben zwei Spannungsquellen (17; 17, 18) verschiedener Leistung zur Speisung des Datenbusses (2) eine von den Impulstelegrammen beeinflußte Schalteinrichtung (19) zur Umschaltung der Speisung des Datenbusses von der einen auf die andere Spannungsquelle aufweist.

2. Übertragungs-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (13) jeder Sendeeinrichtung (8) ein von je einem Mikroprozessor (6; 15) angesteuerter Transistor ist.

3. Übertragungs-Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Schaltelement (13) in Reihe geschaltete Widerstand (14) als Drosselspule ausgebildet ist.

4. Übertragungs-Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Schaltelement (13) in Reihe geschaltete Widerstand (14) die Sekundärwicklung eines Transformators (22) ist, dessen Primärwicklung (23) so an die Basis des als Schaltelement (13) dienenden Transistors und einen Ausgang (24, 25) des Mikroprozessors (6 bzw. 15) angekoppelt ist, daß der Stromimpuls in der Sekundärwicklung beim Durchschalten des Transistors in der Primärwicklung (23) eine Spannung induziert, die einen Strom bewirkt, welcher dem den Transistor aussteuernden Basisstrom entgegenwirkt.

5. Übertragungs-Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (17) geringerer Leistung den Datenbus (2) während den Sendepausen und während der Telegrammübermittlung speist und die Spannungsquelle (17) erhöhter Leistung für Störlokalisierungen zuschaltbar ist.

6. Übertragungs-Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (17) geringerer Leistung dem Datenbus (2) bei gesperrten Schaltelementen (13) eine dem Digitalzustand H entsprechende Normalspannung (Uh) liefert, die beim Durchschalten eines der Schaltelemente (13) auf eine dem Digitalzustand L entsprechende kleine Spannung (Ui) absinkt.

7. Übertragungs-Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Spannungsquelle (17) mit höherer Leistung angeschlossene Datenbus (2) in der Sendeeinrichtung (8) mit einem dauernd leitenden Schaltelement (13) einen Strom fließen läßt, der größer als der Auslösestrom der Überstromsicherung (12) ist.

8. Übertragungs-Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überstromsicherung (12) eine Schmelzsicherung ist. _A