DE3804592C1 - Remote read-out system for consumption meter (electricity meter, supply meter) - Google Patents
Remote read-out system for consumption meter (electricity meter, supply meter)Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Fernauslesesystem für an unzugänglichen Orten installierte Verbrauchszähler, die einen zugänglich installierten passiven Ablesekopf besitzen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a remote reading system for inaccessible places installed consumption meters that have an accessible passive reading head, according to the preamble of claim 1.
Derartige Fernauslesesysteme sind beispielsweise bekannt aus dem DE-GM 77 32 806, der DE-OS 21 46 086, der EP-A-01 31 732 A2 oder der BE-PS 8 62 900. Bei diesen Systemem wird von einem mobilen Abfragegerät über einen ersten Kanal modulierte elektromagnetische Energie - Niederfrequenz, Hochfrequenz, Licht - auf einen mit dem Verbrauchszähler verbundenen Ablesekopf übertragen. Bei den Fernauslesesystemen nach DE-GM 77 32 806 und DE-OS 21 46 086 muß die Energie zum Betrieb des Ablesekopfes von der Energiequelle des Verbrauchszählers aufgebracht werden, was insbesondere bei batteriebetriebenen Verbrauchszählern deren Standzeit und Verwendungsmöglichkeit einschränkt. In der elektronischen Schaltung des Ablesekopfes bzw. des Verbrauchszählers wird bei EP-A-01 31 732 A2 und BE-PS 8 62 900 die aufgenommene Wechselspannung gleichgerichtet; aus dem Trägersignal wird die Versorgungsgleichspannung für die elektronische Schaltung, aus dem Modulationssignal die Abfrageinformation gewonnen. Die Antwortinformation, üblicherweise der Zählerstand, wird dann über einen zweiten Kanal vom Auslesekopf an das Abfragegerät rückübermittelt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Systeme besteht darin, daß Verbrauchszähler und Ablesekopf weder einen Batterie- noch einen Netzanschluß benötigen. Diese Systeme erfordern aber einen relativ hohen Bauteileaufwand in Verbrauchszähler bzw. in Ablesekopf sowie in Abfragegerät. So sind im Verbrauchszähler bzw. im Ablesekopf u.a. ein getaktet angesteuerter Oszillator, ein Treiberverstärker für die Spule sowie etliche weitere Bauteile zur Koordination der Informationsübertragung erforderlich. Dieser an sich schon hohe Aufwand nimmt noch weiter zu, wenn auf der Verbindung zwischen Verbrauchszähler und Ablesekopf eine normierte serielle Datenübertragung stattfinden soll. Diese ist dann notwendig, wenn die Fernauslesung des Verbrauchszählers wahlweise über Ablesekopf und Abfragegerät oder über öffentliche Datenübertragungseinrichtungen (z. B. Post-Netz) erfolgen soll.Such remote readout systems are known, for example, from DE-GM 77 32 806, DE-OS 21 46 086, EP-A-01 31 732 A2 or BE-PS 8 62 900. In these systems, a mobile interrogation device uses a first channel modulated electromagnetic energy - low frequency, high frequency, light - transmitted to a reading head connected to the consumption meter. In the remote reading systems according to DE-GM 77 32 806 and DE-OS 21 46 086, the energy for operating the reading head must be applied by the energy source of the consumption meter, which limits the service life and possible use, particularly in the case of battery-operated consumption meters. In EP-A-01 31 732 A2 and BE-PS 8 62 900 the recorded AC voltage is rectified in the electronic circuit of the reading head or the consumption meter; the DC supply voltage for the electronic circuit is obtained from the carrier signal and the query information is obtained from the modulation signal. The response information, usually the counter reading, is then transmitted back from the readout head to the interrogation device via a second channel. A major advantage of these systems is that the consumption meter and reading head require neither a battery nor a mains connection. However, these systems require a relatively high amount of components in the consumption meter or in the reading head and in the interrogation device. For example, a clock-controlled oscillator, a driver amplifier for the coil and a number of other components for coordinating the information transmission are required in the consumption meter or in the reading head. This already high expenditure increases even further if standardized serial data transmission is to take place on the connection between the consumption meter and the reading head. This is necessary if the meter is to be read remotely either via a reading head and interrogation device or via public data transmission devices (e.g. postal network).
Des weiteren sind zur Erfassung von Meßsignalen einer rotierenden Meßelektronik geeignete Systeme bekannt aus den DE-PSen 28 46 583 und 29 49 075. Dabei werden mittels eines induktiven Übertragers die Energie zur Versorgung der mitrotierenden Erfassungselektronik in der einen Richtung und die Meßsignale von der Erfassungselektronik in der anderen Richtung übertragen. Die Übertragung von Energie und Meßsignalen erfolgt in unterschiedlichen Frequenzbändern. Der Bauteileaufwand der bekannten Schaltungen ist erheblich. Eine normgerechte Datenübertragung ist nicht vorgesehen.Furthermore, one for the detection of measurement signals rotating measuring electronics suitable systems known from the DE-PSen 28 46 583 and 29 49 075. Here, by means of a inductive transformer the energy to supply the co-rotating detection electronics in one direction and the measurement signals from the detection electronics in the another direction. The transfer of energy and Measurement signals take place in different frequency bands. The component expenditure of the known circuits is considerable. A standard-compliant data transmission is not provided.
Wegen der unter Umständen langen Drahtverbindung zwischen Auslesekopf und Verbrauchszähler ist auch die Zahl der Adern, die das Verbindungskabel haben muß, von wirtschaftlicher Bedeutung. Gleiches gilt auch für den Aufwand an Bauelementen zur Kodierung, Dekodierung und Übertragung der Informationen in den beiden Kanälen.Because of the possibly long wire connection between Readout head and consumption meter is also the number of Cores that the connecting cable must have from economic importance. The same applies to the Cost of components for coding, decoding and Transmission of information in the two channels.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fernauslesesystem der eingangs genannten Art anzugeben, das für die Übertragung von Speiseenergie und Informationen zwischen Ablesekopf und Verbrauchszähler nur ein einziges Leiterpaar benötigt und gleichzeitig eine optimal sichere Datenübertragung gewährleistet.The present invention is based on the object Remote reading system of the type mentioned to indicate that for the transmission of food energy and information only one between the reading head and the consumption meter Pair of conductors needed and at the same time an optimally secure one Data transmission guaranteed.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.This problem is solved by the characteristic features of claim 1.
Stromschleifen, bei denen ein Stromfluß die Information "0", eine Strompause die Information "1" darstellt, sind seit langem bekannt und normiert bzw. genormt. So arbeitet beispielsweise das internationale Telex-Netz mit einer 20-mA-Stromschleife, das von der Deutschen Bundespost betriebene Temex-Netz mit einer 2-mA-Stromschleife. Diese Stromschleifen werden auch in vielen anderen Datenübertragungsnetzen eingesetzt. Da aber bei einer galvanischen Trennung zwischen den über das Datenübertragungsnetz miteinander verbundenen Geräten die Stromschleife eine eigene Batterie- oder Netzstromversorgung benötigt, war ein Einsatz bei Geräten, die weder über einen Batterie- noch einen Netzanschluß verfügen, bisher nicht bekannt.Current loops in which a current flow has the information "0", a power break that represents information "1" has been known for a long time and standardized or standardized. This is how it works for example the international telex network with a 20 mA current loop, that of the Deutsche Bundespost operated Temex network with a 2 mA current loop. These Current loops are also used in many others Data transmission networks used. But since one galvanic isolation between those over the Data transmission network interconnected devices Current loop own battery or mains power supply was required for use with devices that have neither Battery yet have a mains connection, so far not known.
Ein weiterer Vorteil liegt in dem einfachen und robusten Aufbau. Im Ablesekopf liegen das Empfangselement und das Demodulationselement des ersten Kanals und das Sendeelement des zweiten Kanals in Serie in dieser Stromschleife. Es handelt sich also lediglich um maximal drei Bauelemente, gegebenenfalls ergänzt durch einen Glättungskondensator als viertes Bauteil. Diese Bauelemente sind derart robust, daß der Ablesekopf auch unter rauhen Umgebungsbedingungen bzw. Temperatur und Feuchte betrieben werden kann, wie sie außerhalb von Gebäuden anzutreffen sind. Infolge der Serienschaltung wird die vom Abfragegerät über den ersten Kanal an den Auslesekopf übertragene Information über dessen Sendeelement für den zweiten Kanal sofort wieder an das Abfragegerät rückgemeldet. Diese Rückmeldung erfolgt allerdings nur, wenn die Stromschleife in Ordnung ist. Sollte der Draht unterbrochen sein, fließt kein Strom und es erfolgt keine Rückmeldung. Auf ähnliche Weise kann auch erkannt werden, ob der Verbrauchszähler bzw. dessen Auslesesystem defekt ist oder die Drahtverbindung einen Kurzschluß aufweist; in diesen Fällen wird zwar die über den ersten Kanal übertragene Information über den zweiten Kanal sofort rückgemeldet, die Antwortinformationssignale jedoch fehlen.Another advantage is the simple and robust Construction. The receiving element and that are in the reading head Demodulation element of the first channel and the transmission element of the second channel in series in this current loop. It So there are only a maximum of three components, optionally supplemented by a smoothing capacitor fourth component. These components are so robust that the reading head even under harsh environmental conditions or Temperature and humidity can be operated as they are can be found outside of buildings. As a result of Series connection is that of the interrogator over the first Channel transmitted information to the readout head via its Send element for the second channel immediately to the Query device reported. This feedback is given but only if the current loop is OK. If the wire is broken, no current flows and it there is no feedback. Similarly, too can be recognized whether the consumption meter or its Readout system is defective or the wire connection Has short circuit; in these cases, the over information transmitted via the first channel via the second channel reported back immediately, but the response information signals absence.
Gemäß einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung sind das Sende- bzw. Empfangselement des ersten Kanals als Primär bzw. Sekundärspule eines Wechselstromübertrages ausgebildet, der gegegebenenfalls auf hoher Frequenz arbeitet, um die Abmessungen klein zu halten. Derartige Spulensysteme sind einfach herzustellen und bei Verwendung von Schalenkernen gut gegen das Austreten bzw. Eindringen von Störsignalen abschirmbar. According to a simple embodiment of the invention, these are Transmitting or receiving element of the first channel as the primary or secondary coil of an AC transmission, who may be operating at high frequency to achieve the Keep dimensions small. Such coil systems are easy to manufacture and when using shell cores good against the emergence or intrusion of interference signals shieldable.
Eine besonders einfache Ausgestaltung ergibt sich, wenn die Primärspule des Sendeelements mit einem Kondensator zu einem Parallelschwingkreis ergänzt ist. Dieser Parallelschwingkreis wird mit getaktetem Gleichstrom angeregt, der mit der Information ausgetastet wird. Der getaktete Gleichstrom wird von dem Parallelschwingkreis in ein Wechselfeld umgewandelt, das im Ablesekopf aufgenommen, gleichgerichtet und als Gleichstromsignal über die Drahtverbindung zu Verbrauchszähler übertragen werden. Gleichzeitig wird wie schon erwähnt das Sendeelement des zweiten Kanals durch diesen Strom angeregt und sendet eine entsprechende Bestätigungsinformation an den Abfragekopf zurück.A particularly simple embodiment results if the Primary coil of the transmission element with a capacitor to one Parallel resonant circuit is added. This Parallel resonant circuit is clocked with direct current stimulated, which is blanked out with the information. The clocked direct current is from the parallel resonant circuit in an alternating field is converted, which is recorded in the reading head, rectified and as a DC signal via the Wire connection to consumption meter are transmitted. At the same time, as already mentioned, the transmission element of the second channel excited by this current and sends one appropriate confirmation information to the query head back.
Das im Ablesekopf liegende Sendeelement des zweiten Kanals kann sowohl in den vom Gleichstrom als auch in den vom Wechselstrom durchflossenen Schleifenteil eingeschaltet sein. Es besteht also trotz der Einfachheit des Systems und der geringen Zahl von Bauelementen eine große konstruktive und schaltungstechnische Freiheit.The transmission element of the second channel located in the reading head can be used both in direct current and in Alternating current through loop part switched on be. So it exists despite the simplicity of the system and the small number of components a large constructive and freedom in circuitry.
Bevorzugt liegt das Sendeelement des zweiten Kanals in dem vom Wechselstrom durchflossenen Schleifenteil. Es läßt sich dann nämlich entweder mit dem Demodulationselement oder aber mit dem Empfangselement des ersten Kanals zu einem Kombinationselement vereinigen, wodurch die Zahl der Bauelemente noch weiter gesenkt und die Zuverlässigkeit der Schaltung damit erhöht werden kann.The transmission element of the second channel is preferably located in the loop part through which alternating current flows. It can be then either with the demodulation element or with the receiving element of the first channel into one Combine combination element, reducing the number of Components lowered even further and the reliability of the Circuit can be increased.
Typisches Beispiel für eine Kombination des Sendeelementes mit dem Demodulationselement ist eine Leuchtdiode, deren optische Strahlung von einem im Abfragegerät angeordneten Fotosensor aufgenommen wird. Typisches Beispiel für eine Kombination des Sendeelements mit dem Empfangselement ist ein elektrodynamischer Schallwandler, wobei die von diesem abgestrahlte Schallenergie durch ein Mikrophonelement im Abfragegerät aufgenommen wird.Typical example of a combination of the transmission element with the demodulation element is a light emitting diode whose optical radiation from one arranged in the interrogator Photo sensor is recorded. Typical example of a Combination of the sending element with the receiving element an electrodynamic transducer, the one by this radiated sound energy through a microphone element in the Interrogator is included.
Eine andere Möglichkeit, die Antwortinformation an das Abfragegerät zu übertragen, besteht darin, die durch den momentanen Zustand der Stromschleife bedingte elektrische Dämpfung des Elementes im Ablesekopf auszuwerten. So wird beispielsweise das als Parallelschwingkreis geschaltete Sendeelement des ersten Kanals durch die als Empfangselement dienende Sekundärspule im Ablesekopf mehr oder weniger gedämpft, was sich im Abfragegerät auswerten läßt.Another way to send the response information to the To transfer the interrogator is to use the current state of the current loop conditional electrical Evaluate the damping of the element in the reading head. So will for example, the one connected as a parallel resonant circuit Transmitting element of the first channel through as the receiving element serving secondary coil in the reading head more or less dampened, which can be evaluated in the interrogator.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigenBased on the drawing, the invention in the form of Embodiments are explained in more detail. Show it
Fig. 1 eine erste Schaltungsanordnung, Fig. 1 shows a first circuit arrangement,
Fig. 2 eine zweite Schaltungsanordnung, Fig. 2 shows a second circuit arrangement,
Fig. 3 eine dritte Schaltungsanordnung und Fig. 3 shows a third circuit arrangement and
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer kompletten Installation. Fig. 4 is a schematic representation of a complete installation.
In Fig. 1 erkennt man einen Verbrauchszähler 10, mit dem über eine Stromschleife 20 ein Ablesekopf 30 verbunden ist, sowie ein mobiles Abfragegerät 40. Zwischen Abfragegerät 40 und Ablesekopf 30 bestehen zwei drahtlose Daten- bzw. Energieübertragungskanäle.In Fig. 1, it detects a consumption meter 10, a reading head 30 is connected with a current loop 20, and a mobile device 40. query. There are two wireless data or energy transmission channels between the interrogator 40 and the reading head 30 .
Wesentliche Elemente des mobilen Abfragegerätes 40 sind das Sendeelement 41 für Energie und Information des ersten Kanals, hier die Primärspule eines Übertragers, und das Empfangselement 44 für den zweiten Kanal zur Übertragung der Information vom Auslesekopf 30 auf das Abfragegerät 40. Zur Erhöhung der Funktionssicherheit werden die beiden Kanäle in verschiedenen Frequenzbereichen oder mit unterschiedlichen Energieformen betrieben.Essential elements of the mobile interrogation device 40 are the transmission element 41 for energy and information of the first channel, here the primary coil of a transmitter, and the reception element 44 for the second channel for transmission of the information from the readout head 30 to the interrogation device 40 . To increase functional reliability, the two channels are operated in different frequency ranges or with different forms of energy.
Im Ablesekopf 30 erkennt man das Empfangselement 31 für den ersten Kanal, hier eine Sekundärspule, eine Diode 32 zur Gleichrichtung der Energie und zur Demodulation der Abfrageinformation. In einem Glättungskondensator 32 wird die gleichgerichtete Wechselspannung geglättet. In Serie zu Sekundärspule 31 und Diode 32 liegt - hier im Gleichstromzweig 21 der Stromschleife 20 - das Sendeelement 34 für den zweiten Kanal zur Rückübertragung der Informationen an das Abfragegerät 40.In the reading head 30 one recognizes the receiving element 31 for the first channel, here a secondary coil, a diode 32 for rectifying the energy and for demodulating the query information. The rectified AC voltage is smoothed in a smoothing capacitor 32 . In series with the secondary coil 31 and diode 32 - here in the direct current branch 21 of the current loop 20 - is the transmitting element 34 for the second channel for retransmitting the information to the interrogator 40 .
Die Verbindung zwischen Ablesekopf 30 und Verbrauchszähler 10 erfolgt allein über die zweiadrige Drahtverbindung 20, die als Stromschleife geschaltet ist. In die Stromschleife sind auf der Seite des Verbrauchszählers 10 ein Schalter 11 und ein Element 12 geschaltet, an dem ein Signal entsprechend der Größe des Schleifenstroms entnommen werden kann.The connection between the reading head 30 and the consumption meter 10 takes place solely via the two-wire connection 20 , which is connected as a current loop. In the current loop on the side of the consumption meter 10, a switch 11 and an element 12 are connected, from which a signal can be taken according to the size of the loop current.
Durch die Anordnung des Sendeelements 34 für den zweiten Kanal in der Stromschleife 20 meldet dieses jede übertragene Information sofort zurück. Sollte die Drahtverbindung 20 unterbrochen sein, kann kein Strom fließen, die Rückmeldung bleibt aus und informiert somit über die Drahtunterbrechung.By arranging the transmission element 34 for the second channel in the current loop 20, the latter immediately reports back any information transmitted. If the wire connection 20 is interrupted, no current can flow, the feedback is absent and thus provides information about the wire interruption.
Die Information des Verbrauchszählers 10 wird durch Öffnen und Schließen des Schalters 11 auf die Stromschleife gegeben. Dadurch wird das Sendeelement 34 im selben Takt aktiviert und desaktiviert. Diese Information wird vom Empfangselement 44 im Abfragegerät 40 aufgenommen und an eine geeignete Auswerteschaltung gemeldet.The information from the consumption meter 10 is given to the current loop by opening and closing the switch 11 . As a result, the transmission element 34 is activated and deactivated in the same cycle. This information is received by the receiving element 44 in the interrogator 40 and reported to a suitable evaluation circuit.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der im Gegensatz zu der Fig. 1 das Sendeelement 34 für den zweiten Kanal im Wechselstromzweig 22 der Stromschleife 20 liegt. Trotz der unterschiedlichen Lage ist die Wirkungsweise und Funktion des Sendelements 34 gleich geblieben. FIG. 2 shows an arrangement in which, in contrast to FIG. 1, the transmission element 34 for the second channel lies in the AC branch 22 of the current loop 20 . Despite the different position, the mode of operation and function of the transmission element 34 has remained the same.
Es besteht die Möglichkeit, das Sendelement 34 mit einem der ihm benachbarten Bauelemente - Empfangselement 31 für den ersten Kanal oder Gleichrichter 32 - zu kombinieren und so die Zahl der Bauelemene noch weiter zu verringern.There is the possibility of combining the transmitting element 34 with one of the components adjacent to it - receiving element 31 for the first channel or rectifier 32 - and thus further reducing the number of construction elements.
Eine derartige Schaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Der Gleichrichter ist als Leuchtdiode 34′ realisiert, deren optische Strahlung von einem Fototransistor 44′ im Abfragegerät 40 aufgenommen wird.Such a circuit is shown in Fig. 3. The rectifier is implemented as a light-emitting diode 34 ', the optical radiation of which is received by a phototransistor 44 ' in the interrogator 40 .
Außerdem wurde die Spule des Sendeelements 41 im Abfragegerät 40 mit einem Parallelkondensator 43 zu einem Parallelschwingkreis ergänzt. Dieser Parallelschwingkreis 43, 41 kann mit getaktetem Gleichstrom angeregt werden. Das Austasten des getakteten Gleichstroms erfolgt im Rhythmus der an den Verbrauchszähler 10 zu übermittelnden Informationen. Auf diese Weise kann im Abfragegerät 40 ein gesonderter Wechselstromgenerator eingespart werden.In addition, the coil of the transmitting element 41 in the interrogator 40 was supplemented with a parallel capacitor 43 to form a parallel resonant circuit. This parallel resonant circuit 43 , 41 can be excited with clocked direct current. The clocked direct current is blanked out in rhythm with the information to be transmitted to the consumption meter 10 . In this way, a separate AC generator can be saved in the query device 40 .
Fig. 4 schließlich zeigt eine schematische Darstellung einer kompletten Installation. Zwischen Verbrauchszähler 10 und Ablesekopf 30 besteht eine große Entfernung, symbolisiert durch eine Hauswand 50. Die Spulen des Sende- und Empfangselements 41, 31 des ersten Kanals sind in je einer Schalenkernhälfte 35, 45 untergebracht zur Erhöhung der Induktivität, zur Erhöhung der Kopplung und zur Verringerung von Störstrahlungen. Die lichtempfindlichen Bauelemente 34′, 44′ sind im Kernloch der Schalenkernhälften 35, 45 untergebracht, so daß zwischen beiden eine direkte Sichtverbindung besteht., FIG. 4 shows a schematic representation of a complete installation. There is a large distance between consumption meter 10 and reading head 30 , symbolized by a house wall 50 . The coils of the transmitting and receiving element 41 , 31 of the first channel are each housed in a half shell 35 , 45 to increase the inductance, to increase the coupling and to reduce interference radiation. The light-sensitive components 34 ', 44 ' are housed in the core hole of the shell core halves 35 , 45 , so that there is a direct line of sight between the two.
Claims (10)
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