DE4238342A1 - Elektronische Unterstation als Steuereinheit für Einzelgeräte einer Anlage industrieller Heizungs- und Belüftungstechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Unter­ station als Steuereinheit für Einzelgeräte einer Anlage industrieller Heizungs- und Belüftungstech­ nik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere im industriellen Bereich gibt es komplexe Anlagen der Heizungs- und Belüftungstech­ nik, die eine Mehrzahl, oft sogar eine Vielzahl von Einzelgeräten zusammenwirken lassen, wobei die Einzelgeräte oft unterschiedlich zu steuern sind. Bei der Beheizung von großflächigen Werk­ hallen beispielsweise sind Einzelgeräte in Be­ reichen mit Außenlufteinfall, etwa Toren und dgl. Hallenöffnungen, anders einzustellen als in ge­ schützteren Bereichen. Luftzufuhr und Absaugung von verbrauchter Luft sind regelmäßig in Bereichen starker Staubemission oder starken Luftverbrauchs zu forcieren. Energiesparende Umluftführungen beispielsweise mit der Absaugung sich in Deckenbe­ reichen ansammelnder Warmluft und bedarfsgerechte Rückführung dieser Luft fordern gleichfalls geson­ derte Steuerungen von Einzelgeräten. Ferner ist die Absaugung von Luft und das Öffnen von Klappen im Brandfall, das Schließen von Deckenöffnungen im Regenfall und der an Betriebszeiten angepaßte, zeitgesteuerte Betrieb einer solchen Anlage nötig und möglich.

Bei der Entwicklung herkömmlicher Steuerungen ist eine konsequente Zentralisierung bevorzugt worden. In einer Zentralstation wurden verschiedene Meßwerte zusammengeführt, miteinander verknüpft und unter Berücksichtigung der Betriebs zeitzu differenzierten Steuerbefehlen verarbeitet, die an Unterstationen zu den Einzelgeräten ausgegeben wurden. Die Unterstationen konnten dementsprechend einfach ausgebildet sein und enthielten die für die Signalumsetzung in einen passenden Stellbefehl für das Einzelgerät notwendigen Steuerschaltungs­ teile und Kontrollmelder.

Derartige zentralisierte Systeme haben sich aller­ dings als wenig flexibel erwiesen. Die Führung der Meßsignale und der Befehlssignale zu und von einer Zentralstation ist signaltechnisch wie auch vom Verdrahtungsaufwand her aufwendig und macht Änderungen schwierig und lästig. Die Konzeption einer derartigen zentralen Steuerung erfordert einen hohen Planungs- und Erprobungsaufwand. Schließlich ist auch die Gefahr von Totalausfällen bei Defekten im Bereich der Meßfühler oder der Zentralstation schwerwiegend gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es dementsprechend, eine elektronische Unterstation zu schaffen, die die Planung und Einrichtung der Steuerung einer industriellen Heizungs- und Belüftungsanlage er­ leichtert und besser überschaubar macht, die es erlaubt, den Verkabelungsaufwand in den oft stark umweltbelasteten und störungsgefährdeten industri­ ellen Bereichen zu reduzieren und die auch eine geringere Störungsempfindlichkeit bietet. Darüber­ hinaus soll eine solche Unterstation geeignet sein, Änderungen in einer industriellen Heizungs- und Belüftungsanlage einfacher zu gestalten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe von einer elektronischen Unterstation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgehend mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Eine Unterstation, die mehrere Regler mit jeweils einem Eingangs-Anschluß für einen Meßfühler und einem Ausgangs-Anschluß für ein Stellglied enthält, kann im allgemeinen die Funktionen eines Einzelge­ räts einer Heizungs- und Belüftungsanlage in der Industrie "autark" steuern - zumindest in einem Maße, der eine Grundfunktion gewährleistet und bei Störungen außerhalb der Unterstation, etwa im Bereich einer Zentralanlage, einen Totalausfall vermeidet. Bei diesem Sicherheitseffekt ist aber auch vor allem von Vorteil, daß als Regelung "vor Ort" zusammengefaßt werden können. Eine Unter­ station kann etwa über einen Meßfühler eine erhöhte Staub- und/oder Hitzeemission wahrnehmen und dann unmittelbar ein Absauggerät bedarfsgerecht über Leistungsstufen des zugehörigen Gebläsemotors, der zugehörigen Klappenöffnung und/oder Klappenaus­ richtung behandeln. Ebenso kann eine Unterstation selbständig einen örtlichen Wärmebedarf durch Aufsteuerung erwärmter Zuluft und/oder Einschaltung oder Aufsteuerung von Wärmestrahlern veranlassen. Der Vorteil direkter und eigenständiger Regelfunk­ tionen verdeutlich sich auch am Beispiel eines Deckenlüfters, der bei Regeneintritt zu schließen ist und der nun "auf kurzem Weg" über die zuge­ hörige Unterstation und nicht erst auf dem Umweg über eine Zentralstation gesteuert wird.

Diese Möglichkeiten machen eine erfindungsgemäße Unterstation geeignet, auch einzeln oder völlig isoliert zu arbeiten. Dies kann im Störungsfall vorübergehend sein, kann aber auch auf Dauer aus­ gelegt sein. Unterstationen dieser Art können hierzu Bedienfelder, gegebenenfalls auch Anzeige­ felder erhalten, die eine passende Einstellung oder Programmierung von Hand ermöglichen.

Wegen der wechselseitigen Beeinflussungen von Geräten einer industriellen Heizungs- und Lüftungs­ anlage ist aber im allgemeinen immer noch eine Koordination der Geräte untereinander zweckmäßig. Dementsprechend hat die elektronische Unterstation gemäß der Erfindung einen Eingangsanschluß für eine Befehlsleitung, die von einer Zentralstation herangeführt sein kann, aber auch zu einer Ver­ knüpfung von Unterstationen untereinander dienen kann, bei dem vor allem eine Unterstation eine Führungsaufgabe mit Befehlsabgabe über die Leitung übernehmen kann und dann vorzugsweise mit einem Bedienfeld ausgestattet ist, während die ange­ schlossenen Unterstationen nur im Empfangssinn angeschlossen sind.

Zweckmäßig hat eine solche Unterstation aber auch einen Ausgangsanschluß zur Weitergabe von Meßwerten oder auch zentralen Befehlswerten. Im Rahmen der gewünschten hohen Flexibilität können dann belie­ bige Werte weiter gegeben werden. So kann bei­ spielsweise abweichend von einer "normalen" Be­ triebsweise eine nicht sonst mit Führungsaufgaben gegenüber angeschlossenen Unterstationen versehene Unterstation wichtige Signale abgeben, z. B. im Brandfall.

Die Verbindungsleitungen sind hierzu zweckmäßig als Datenbus-Leitungen ausgebildet, bei denen mit einem Minimum an Verkabelungsbedarf eine Viel­ zahl von Signalen unterschiedlicher dichter Auf­ einanderfolge und unterschiedlichen Gewichts aus­ getauscht werden können, wobei gerade ein solches Leitungssystem Erweiterungen in einfachster Weise durch einfaches Anhängen weiterer Unterstationen ermöglicht und nicht ein überproportional an­ wachsendes Netz von Leitungsverknüpfungen erfor­ derlich macht.

Ein Ausführungsbeispiel für den Gegenstand der Erfindung mit jeweils einem Teil einer industri­ ellen Heizungs- und Belüftungsanlage und mit mehreren Unterstationen gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Belüftungsanlage mit vier Belüf­ tungsgeräten und vier miteinander verknüpften Unterstationen (schematisch) und

Fig. 2 zwei Unterstationen des Anlage­ teils gemäß Fig. 1 mit Darstellung der Anschlüsse.

In Fig. 1 sind vier untereinander gleiche und deshalb übereinstimmend mit 1 bezeichnete Lüftungs­ geräte dargestellt, die einen Teil einer industri­ ellen Heizungs- und Belüftungsanlage bilden, zu der sehr viele verschiedene Bereiche und Geräte gehören können wie etwa die Regelung der Heizener­ gieerzeugung, die Steuerung von Tür-, Wand- oder Deckenlüftern, Sensorenbereiche für Luftwerte, Regenwerte, Frostwerte, für Istwerte der einzelnen sonstigen Geräteeinstellungen und sonstiger für die Belüftung relevanter Einrichtungen und insbe­ sondere auch eine Zentralstation mit zentralen Steuerungsaufgaben und Notbefehlfunktionen.

Den vier Belüftungsgeräten 1 gemäß Fig. 1 ist jeweils eine von vier Unterstationen 2, 3, 4 und 5 zugeordnet, von denen die Unterstationen 3, 4 und 5 untereinander gleich ausgebildet sind, während die Unterstation 2 besonders ausgestattet ist. Diese Unterstation 2 ist jeweils grundsätz­ lich in der Lage, das zugehörige Belüftungsgerät 1 eigenständig zu steuern. Die Unterstationen 3, 4 und 5 werden abhängig von der Unterstation 2 betrieben. Jedes der Belüftungsgeräte 1 umfaßt einen motorbetriebenen Lüfter 6, ein steuerbares Heizaggregat 7, einen Filtereinsatz 8, Eingangs­ lüfterklappen 9 und Ausgangslüfterklappen 10, die im allgemeinsten Fall steuerbar ausgebildet sein können. In der Regel ist der Lüftermotor 6 zumindest stufenweise steuerbar und das Heiz­ aggregat 7 ventilgesteuert, so daß sich von daher schon zwei unabhängige Steuerfunktionen ergeben, die von der zugehörigen Unterstation 2, 3, 4 bzw. 5 wahrzunehmen sind.

Auf diese Steuerfunktionen kann zu einer gewünsch­ ten Abstimmung untereinander, zu einer zeitge­ steuerten, einen täglichen und wöchentlichen Be­ triebsablauf angepaßten Betriebsweise und insbe­ sondere auch zur koordinierten Steuerung auf Son­ derfälle von Brand, hoher Emission, Regen oder Frost eine Einflußnahme von außen erfolgen, wozu neben den schon für die Steuerverbindungen nötigen Verbindungen zwischen den Belüftungsgeräten 1 und den zugehorigen Unterstationen mit strichpunk­ tierten Linien eingezeichneten Verbindungen 11, 12, 13 und 14 auch Verbindungen 15, 16 und 17 untereinander und eine nach außen führende Verbin­ dung 18 in Fig. 1 angedeutet ist.

Näheres ist noch anhand der Fig. 2 zu verdeut­ lichen, in der aus Darstellungsgründen nur die Unterstationen 2 und 3 (vergrößert) wiedergegeben sind. Dabei ist ohne weiteres erkennbar, daß die Unterstationen 2 und 3 nicht gleich ausgebildet sind. Die Unterstation 2 ist über einen Eingangsan­ schluß 19 an die Datenbusleitung 18 angeschlossen, die sie mit einer Zentralstation (nicht darge­ stellt) verbindet. Die Datenbusleitung 18 stellt sich dabei so dar, daß die Signale im Sinne eines Einbahn-Signalflusses empfangen, gegebenenfalls intern regeneriert, und über einen gesonderten Anschluß weitergegeben werden. Die Unterstation 2 ist damit (anders als die Unterstationen 3, 4 und 5) direkt mit der Zentralstation verbunden.

Über einen Ausgangsanschluß 20 gibt die Untersta­ tion 2 Signale an einen Eingangsanschluß 21 der Unterstation 3 weiter, die diese Signale über einen Ausgangsanschluß 22 auf die Leitung 16 an die Unterstation 4 weiterleitet. Auf diese Weise sind die Unterstationen 3, 4 und 5 an die Untersta­ tion 2 "angehängt".

Letzteres ist von Interesse, da die Unterstation 2 ein Bedienteil 23 mit einem Display-Anzeigeteil 24 umfaßt, wodurch eine Eingabe von gewünschten Be­ triebswerten und Betriebsprogrammen möglich ist, und zwar für alle vier Belüftungsgeräte 1 gleich­ zeitig - eine Einzelbedienung erübrigt sich damit. Das Bedienteil 2 enthält auch eine Schaltuhr­ funktion (nicht dargestellt), die über das Bedienteil 23 programmierbar ist.

Jeder der Unterstationen 2, 3 hat einen Netzan­ schluß 25 bzw. 26 und intern ein zugehöriges Netzteil zu einer eigenständigen Spannungsversorgung. Die Unterstation 2 weist fünf Eingangsanschlüsse 27, 28, 29, 30 und 31 auf, von denen der Anschluß 27 für einen Raumfühler 32 zur Messung der Temperatur im Raum vorgesehen ist. Der Anschluß 28 ist für einen Meßfühler 33 für die Temperatur der Ausblasluft bestimmt. Der Anschluß 29 stellt einen Eingangsan­ schluß für einen Motor-Thermokontakt 34 dar. Ein Filterwächter 35 ist über den Eingangsanschluß 30 anzuschließen ein Frostschutzthermostat 36 über den Eingangsanschluß 31. Weiterhin umfaßt die Unter­ station 2 Ausgangs-Anschlüsse 37, 38, 39, 40 und 41, um einen Stellmotor 42 für eine Mischluftklappe 43 (s. Fig. 1), einen Stellmotor 44 für eine Verschluß­ klappe im Belüftungsgerät 1, den Lüftermotor 6, eine Pumpe 45 im Heizwasserkreislauf für die Heiz­ aggregate 7 und ein Heizkreisventil 46 im gleichen Heizkreislauf zusteuern.

Die entsprechenden Anschlüsse sind bei der Untersta­ tion 3 mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet, um die Darstellung und auch den Vergleich zu verein­ fachen. Dabei ist schon beim Anschluß 27 für den Raumtemperatur-Meßfühler 32 zu sehen, daß die An­ schlußleitung nur in gebrochenen Linien wiedergegeben ist. Hier kann es genügen, daß ein einzelner Meß­ fühler für die ganze Gruppe von vier Belüftungsge­ räten 1 maßgeblich ist und das somit dieses Meßsignal bzw. ein daraus abgeleitetes Signal von der Unter­ station 2 aufgenommen und weitergegeben wird.

Auch im Bereich der Ausgangsanschlüsse ergeben sich Reduzierungen insoweit als die Unterstation 3 keine Ausgangsbefehle an Pumpe und Heizkreisventil für die Heizaggregate 7 liefert. Dies obliegt dann allein der vorrangigen Unterstation 2.

Aus dem Ausführungsbeispiel wird schon für den ein­ fachen Fall einer Gruppe von Belüftungsgeräten deut­ lich, daß sich in der Planung und der Installation einer solchen Gerätegruppe mitsamt den zugehörigen Unterstationen für die Steuerung sehr einfache Mög­ lichkeiten dadurch ergeben, daß diese Unterstationen für sich so ausgestattet sind, daß sie wesentliche Funktionen für den Grundbetrieb selbst übernehmen können, auf der anderen Seite aber auch die Fähigkeit besitzen, zentrale Steuerbefehle direkt oder über eine vorrangige Unterstation entgegen zu nehmen und untereinander zusammen zu arbeiten. Dabei sind insbesondere Verbindungsleitungenanschlüsse und interne Empfangs- und Geberschaltungen von Interesse, die eine digitale Artenaufbereitung und -weitergabe ermöglichen, so daß das einfache Konzept der Daten­ busleitungen realisiert werden kann.

Claims (9)

1. Elektronische Unterstation als Steuereinheit für Einzelgeräte einer Anlage industrieller Hei­ zungs- und Belüftungstechnik, die mehrere Ein­ zelgeräte umfaßt und deren Unterstationen über Befehlsleitungen miteinander bzw. mit einer zen­ tralen Steuer- oder Regelstation verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstation (2, 3, 4, 5) Regler mit jeweils zumindest einem Eingangs- Anschluß (32-36) für Meßfühler und zumindest einem Ausgangs-Anschluß (42-46) für Stellglieder enthält und daß zumindest einer der Regler mit einem Ein­ gangs-Anschluß (19, 21) für eine der Befehlslei­ tungen (15-18) verbunden ist.

2. Unterstation nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Eingangsanschlüsse (19, 21, 32-36) teilweise als mit digitalen Eingangsschaltungen verbundene Digitalanschlüsse und teilweise als Analoganschlüsse ausgelegt sind.

3. Unterstation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein außen zugängliches Bedienteil (23) umfaßt.

4. Unterstation nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bedienteil (23) ein Anzeigefeld (24) umfaßt.

5. Unterstation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Uhr­ steuerung aufweist.

6. Unterstation nach Anspruch 5 in Verbindung mit Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltuhr über das Bedienteil (23) ein­ stellbar ist.

7. Unterstation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Ausgangs­ anschluß (22) zur Weitergabe von Meßwerten auf­ weist.

8. Unterstation nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgangsanschluß (22) als digi­ taler Datenausgang ausgelegt ist.

9. Unterstation nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Netzan­ schluß (25, 26) mit zugehörigem Netzteil aufweist.