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WO2001071886A1 - Verteilersystem - Google Patents

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WO2001071886A1
WO2001071886A1 PCT/AT2001/000063 AT0100063W WO0171886A1 WO 2001071886 A1 WO2001071886 A1 WO 2001071886A1 AT 0100063 W AT0100063 W AT 0100063W WO 0171886 A1 WO0171886 A1 WO 0171886A1
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WO
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module
distribution system
consumers
microprocessor
bus
Prior art date
Application number
PCT/AT2001/000063
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Harbauer
Original Assignee
Heinrich Harbauer
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Heinrich Harbauer filed Critical Heinrich Harbauer
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Priority to AU37108/01A priority patent/AU3710801A/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H02J13/00016—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using a wired telecommunication network or a data transmission bus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/12—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment
    • Y04S40/124—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment using wired telecommunication networks or data transmission busses

Definitions

  • the invention relates to a distribution system for two or more consumers, in particular alternating current consumers, with each consumer being assigned at least one separate module that determines the current to the respective consumer, the module being connected to a common central module and load switching elements in the leading to the consumers Controls lines.
  • each consumer of electrical energy is assigned a connector for coupling to the energy supply.
  • Each connector is connected to a central control unit and has a circuit breaker.
  • the circuit breaker of an individual connector is controlled from the control unit via a data bus using coded signals. All connected connector units first receive the coded signal. However, the coded signal is only evaluated by the connector unit configured according to the code. With this arrangement it is thus possible to individually control individual circuit breakers in a network. However, the type of communication is restricted to predefined commands and queries and is therefore inflexible.
  • the starting point for the development are further distribution systems for two or more electrical consumers, as described, for example, in the granted European patents EP 0 641 057 B1 and EP 0 641 056 B1.
  • the object of the invention is to simplify the implementation while maintaining the previous functionalities and to create the possibility of further functionalities which can be flexibly influenced.
  • each module has at least one microprocessor which is connected to a common central module via at least one digital data bus, preferably a CAN bus.
  • a microprocessor in each module it is equipped with its own intelligence and can therefore perform the most diverse control functions for the connected consumer reliably and essentially freely programmable.
  • the individual module modules are connected to a central module via a digital data bus, for example a CAN bus.
  • This central module can be used to display measurement and setting data from the individual module modules. It is also possible to address the microprocessors of the individual module modules from this central module via the CAN bus and thus, for example, to trigger certain control or switching functions of the load switching elements in the lines leading to the consumers.
  • the central module itself can preferably be connected to a personal computer (PC) via a parallel interface.
  • the entire distribution system can thus be operated or recorded from this personal computer.
  • the central module has a commercially available conversion processor, which ensures data transmission between the parallel interface and the CAN bus.
  • the new system also has a manual mode, in which each module module is simply operated on site by hand using control elements on the front.
  • each module module is simply operated on site by hand using control elements on the front.
  • CAN bus digital bus
  • a preferred embodiment of the invention provides for a second remote control mode in which the microprocessor of the individual module modules receives control signals via separate digital inputs, depending on which it receives the Load switching elements to the individual consumers controls. So there is, so to speak, in the hierarchy between the local manual control and the remote control via the CAN bus, there is also another simpler remote control mode, which allows control from relays, for example, via a low-voltage plug connector.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of a distribution system according to the invention
  • FIG. 2a shows the front of the central module
  • FIG. 2b shows the front of a module.
  • FIG. 1 shows three separate assembly modules 1, 2, 3, which have the task of controlling the current from a power line 4 (for example in a power plug connector) to the associated consumers (here motors M1, M2 and M3).
  • Module modules 2 and 3 are constructed analogously.
  • the power line 4 is a three-phase AC line, which, however, is only indicated with a single continuous line outside the module modules for the sake of simplicity. These three phases are shown individually in the interior of the module 1.
  • the actual load switching element 5, for example a triac, is located in each phase. According to the invention, these load switching elements 5 are controlled by the microprocessor 6, which is connected to the central module 7 via a digital bus, for example a CAN bus.
  • three current measuring devices 26 are provided, which feed their measurement data to the microprocessor 6 via lines 8.
  • the voltages at the voltage measuring devices 24, 25 are taken off and also fed to the microprocessor as inputs 9 and 10, respectively.
  • the microprocessor 6 now switches the load switching elements 5 of the engine (for example engine forward or engine return).
  • the control data of the CAN bus 11 can be made available, for example, from a PC 12.
  • the central module 7 has a parallel or serial interface 13 and a conversion processor 14, which converts this interface data into CAN bus data.
  • the central module 7 preferably has two displays on its front side 7a.
  • a display 15 shows the module module currently being addressed, while the second display 16 can display current values detected there or set there.
  • each module has three different operating modes. These operating modes can be set via a hand switch 17 on the front 1a of the respective module, the set mode being indicated by light-emitting diodes 18.
  • control elements 19 and 20 on the front side 1a of the module module itself In the manual operating mode, on-site control takes place via control elements 19 and 20 on the front side 1a of the module module itself.
  • these control elements are a switch 19 for forward and reverse running of the motor and a potentiometer 20 for setting a current - Threshold values from which a shutdown takes place automatically.
  • the module 1 also has a first remote control mode, in which the microprocessor 6 receives data via the CAN bus 11 and, depending on this, controls the load switching elements 5 to the individual consumers M1 etc.
  • the front 1 a of the module 1 also has a lamp 28 to indicate a fault and three lights 22 to indicate the voltage or. Fuse status of the individual three phases.
  • the engine forward or the engine return can be displayed via LEDs 23.
  • Further application examples and possible functionalities result from EP 0 641 056 B1 and EP 0 641 057 B1 already mentioned at the beginning.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

Verteilersystem für zwei oder mehrere Verbraucher (M1, M2, M3), insbesondere Wechselstromverbraucher, wobei jedem Verbraucher (M1, M2, M3) mindestens ein eigener Baugruppenmodul (1, 2, 3) zugeordnet ist, der den Strom zum jeweiligen Verbraucher (M1, M2, M3) festlegt, wobei der Baugruppenmodul (1, 2, 3) mit einem gemeinsamen Zentralmodul (7) in Verbindung steht und Lastschaltelemente (5) in den zu den Verbrauchern (M1, M2, M3) führenden Leitungen ansteuert, und wobei jeder Baugruppenmodul (1, 2, 3) mindestens einen Mikroprozessor (6) aufweist, der über mindestens einen digitalen Datenbus (11), vorzugsweise einen CAN-Bus, mit dem gemeinsamen Zentralmodul (7) in Verbindung steht.

Description

Verteilersystem
Die Erfindung betrifft ein Verteilersystem für zwei oder mehrere Verbraucher, insbesondere Wechselstromverbraucher, wobei jedem Verbraucher mindestens ein eigener Baugruppenmodul zugeordnet ist, der den Strom zum jeweiligen Verbraucher festlegt, wobei der Baugruppenmodul mit einem gemeinsamen Zentralmodul in Verbindung steht und Lastschaltelemente in den zu den Verbrauchern führenden Leitungen ansteuert.
In der DE 195 07 039 A1 wird eine gattungsgemäße Einrichtung gezeigt, bei der jedem Verbraucher elektrischer Energie ein Verbinder zur Ankopplung an die Energieversorgung zugeordnet ist. Hierbei steht jeder Verbinder mit einer zentralen Kontrolleinheit in Verbindung und weist einen Leistungsschalter auf. Die Ansteuerung der Leistungsschalter eines individuellen Verbinders von der Kontrolleinheit aus ist über einen Datenbus mittels codierten Signalen realisiert. Hierbei empfangen zunächst alle angeschlossenen Verbindereinheiten das codierte Signal. Ausgewertet wird das codierte Signal jedoch nur von der dem Code entsprechend konfigurierten Verbindereinheit. Es ist mit dieser Anordnung somit zwar die individuelle Ansteuerung von einzelnen Leistungsschaltern in einem Netz möglich. Die Art der Kommunikation ist jedoch auf fest vorab definierte Befehle und Abfragen eingeschränkt und damit unflexibel.
Ausgangspunkt zur Entwicklung sind des weiteren Verteilersysteme für zwei oder mehrere elektrische Verbraucher, wie sie beispielsweise in den erteilten europäischen Patenten EP 0 641 057 B1 und EP 0 641 056 B1 beschrieben sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung der bisherigen Funktionalitäten die Realisierung konstruktiv zu vereinfachen und die Möglichkeit weiterer und flexibel beeinflußbarer Funktionalitäten zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verteilersystem der eingangs genannten Gattung dadurch erreicht, daß jeder Baugruppenmodul mindestens einen Mikroprozessor aufweist, der über mindestens einen digitalen Datenbus, vorzugsweise einen CAN-Bus, mit einem gemeinsamen Zentralmodul in Verbindung steht. Durch den Einsatz eines Mikroprozessors in jedem Baugruppenmodul wird dieser mit einer eigenen Intelligenz ausgestattet und kann daher die vielfältigsten Steuer- und Regelfunktionen für den angeschlossenen Verbraucher zuverlässig und im wesentlichen frei programmierbar ausführen.
Die einzelnen Baugruppenmodule stehen dabei über einen digitalen Datenbus, beispielsweise einen CAN-Bus, mit einem Zentralmodul in Verbindung. Über diesen Zentralmodul können Meß- und Einstelldaten aus den einzelnen Baugruppenmodulen angezeigt werden. Außerdem ist es möglich, die Mikroprozessoren der einzelnen Bau- gruppenmodule von diesem Zentralmodul über den CAN-Bus anzusprechen und damit beispielsweise bestimmte Steuer- oder Schaltfunktionen der Lastschaltelemente in den zu den Verbrauchern führenden Leitungen auszulösen.
Der Zentralmodul selbst kann vorzugsweise über eine parallele Schnittstelle mit einem Personal Computer (PC) in Verbindung stehen. Somit kann das gesamte Verteilersystem von diesem Personal Computer aus bedient bzw. erfaßt werden. Dazu weist der Zentralmodul einen im Handel erhältlichen Umsetzprozessor auf, der für die Datenübertragung zwischen der parallelen Schnittstelle und dem CAN-Bus sorgt.
Wie die bisherigen Systeme kennt auch das neue System einen Handbetrieb, bei dem jeder Baugruppenmodul vor Ort einfach per Hand über Stellelemente auf der Vorderseite bedient wird. Daneben gibt es die oben besprochene Fernsteuerung bzw. Fernüberwachung der einzelnen Baugruppenmodule vom Zentralmodul aus über den digitalen Bus (CAN-Bus).
Um eine Abwärtskompatibilität mit bisherigen meist von Relais aus gesteuerten Systemen zu erhalten, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß ein zweiter Fernsteuerungsmodus gegeben ist, bei dem der Mikroprozessor der einzelnen Baugruppenmodule über gesonderte Digitaleingänge Steuer- Signale empfängt, in deren Abhängigkeit er die Lastschaltelemente zu den einzelnen Verbrauchern steuert. Es gibt also sozusagen in der Hierarchie zwischen der lokalen Handsteuerung und der Fernsteuerung über den CAN-Bus auch noch einen weiteren einfacheren Fernsteuermodus, der beispielsweise von Relais aus über eine Schwachstromsteckerleiste eine Steuerung erlaubt. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden
Figurenbeschreibung näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ver- teilersystems, die Fig. 2a zeigt die Frontseite des Zentralmoduls, die Fig. 2b zeigt die Frontseite eines Baugruppenmoduls.
Die Fig. 1 zeigt drei gesonderte Baugruppenmodule 1 , 2, 3, die die Aufgabe haben, den Strom aus einer Starkstromleitung 4 (beispielsweise in einer Starkstromsteckerleiste) zu den jeweils zugeordneten Verbrauchern (hier Motoren M1 , M2 bzw. M3) zu steuern.
Der Aufbau eines solchen Baugruppenmoduls wird anhand des Baugruppenmoduls 1 beschreiben. Die Baugruppenmodule 2 und 3 sind analog aufgebaut.
Bei der Starkstromleitung 4 handelt es sich um eine dreiphasige Wechselstromleitung, die jedoch außerhalb der Baugruppenmodule der Einfachheit halber nur mit einem einzelnen durchgehenden Strich angedeutet ist. Im Inneren des Baugruppenmoduls 1 sind diese drei Phasen einzeln dargestellt. In jeder Phase befindet sich das eigentliche Lastschaltelement 5, beispielsweise ein Triac. Erfindungsgemäß werden diese Lastschaltelemente 5 vom Mikroprozessor 6 angesteuert, der über einen digitalen Bus, beispielsweise einen CAN-Bus mit dem Zentralmodul 7 in Verbindung steht.
In den drei Phasen des Lastteiles sind drei Strommeßeinrichtungen 26 vorgesehen, die ihre Meßdaten über Leitungen 8 dem Mikroprozessor 6 zuführen. Vor und hinter den Sicherungen 27 in den einzelnen drei Phasen werden jeweils die Spannungen an den Spannungsmesseinrichtungen 24, 25 abgenommen und ebenfalls als Eingänge 9 bzw. 10 dem Mikroprozessor zugeführt. Grundsätzlich ist es auch möglich, lediglich die Spannung vor oder hinter den Sicherungen 27 zu erfassen. Auch ist es im allgemeinen ausreichend, den Strom einer einzelnen Phase mittels einer Strommeßeinrichtung 26 zu erfassen, sodaß sich die Überwachung aller drei Phasen im Hinblick auf den Strom erübrigt. In Abhängigkeit von diesen Meßsignalen und einer Steuervorgabe schaltet nun der Mikroprozessor 6 die Lastschaltelemente 5 des Motors (beispielsweise Motorvorlauf bzw. Motorrücklauf). Die Steuerdaten des CAN-Busses 11 können beispielsweise von einem PC 12 aus zur Verfügung gestellt werden. Dazu weist der Zentralmodul 7 eine parallele oder serielle Schnittstelle 13 und einen Umsetzprozessor 14 auf, der diese Schnittstellendaten in CAN-Bus-Daten umsetzt. Umgekehrt ist natürlich auch eine Darstellung von Meßdaten aus dem Verteilersystem am PC 12 möglich. Außerdem weist der Zentralmodul 7 an seiner Vorderseite 7a vorzugsweise zwei Anzeigen auf. Eine Anzeige 15 zeigt den momentan angesprochenen Baugruppenmodul an, während die zweite Anzeige 16 dort erfaßte bzw. dort eingestellte Stromwerte anzeigen kann.
Jeder Baugruppenmodul weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung drei verschiedene Betriebsmodi auf. Diese Betriebsmodi sind über einen Handschalter 17 an der Vorderseite 1a des jeweiligen Baugruppenmoduls einstellbar, wobei der eingestellte Modus über Leuchtdioden 18 angezeigt wird.
Im Handbetriebsmodus erfolgt eine vor Ort Steuerung über Stellelemente 19 und 20 an der Vorderseite 1a des Baugruppenmoduls selbst. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesen Stellelementen um einen Schalter 19 für Vor- bzw. Rücklauf des Motors sowie um ein Potentiometer 20 zur Einstellung eines Strom- schwellwertes, ab dem automatisch eine Abschaltung erfolgt.
Neben diesem Handbetriebsmodus weist der Baugruppenmodul 1 auch einen ersten Fernsteuermodus auf, bei dem der Mikroprozessor 6 Daten über den CAN-Bus 11 empfängt und in Abhängigkeit davon die Lastschaltelemente 5 zu den einzelnen Ver- brauchern M1 etc. steuert.
Um eine Abwärtskompatibilität zu erreichen, gibt es noch einen zweiten Fernsteuermodus, bei dem der Mikroprozessor 6 über gesonderte Dateneingänge 21 , beispielsweise über Relais geschaltet ist (nicht dargestellt).
Darüber hinaus weist die Vorderseite 1 a des Baugruppenmoduls 1 noch eine Leuchte 28 zur Anzeige einer Störung sowie drei Leuchten 22 zur Anzeige des Spannungsbzw. Sicherungszustandes der einzelnen drei Phasen auf. Über Leuchtdioden 23 kann der Motorvorlauf bzw. der Motorrücklauf angezeigt werden. Weitere Anwendungsbeispiele und mögliche Funktionalitäten ergeben sich aus der bereits eingangs erwähnten EP 0 641 056 B1 und EP 0 641 057 B1. Darüber hinaus erlaubt die Verwendung des Mikroprozessors abgesehen von einem konstruktiv einfacheren Aufbau noch die Realisierung weiterer Schalt-, Steuer- bzw. Regelfunktionalitäten, wobei die freie Programmierbarkeit insbesondere von einem PC 12 aus von besonderem Vorteil ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Verteilersystem für zwei oder mehrere Verbraucher, insbesondere Wechselstromverbraucher, wobei jedem Verbraucher mindestens ein eigener Bau- gruppenmodul zugeordnet ist, der den Strom zum jeweiligen Verbraucher festlegt, wobei der Baugruppenmodul mit einem gemeinsamen Zentralmodul in Verbindung steht und Lastschaltelemente in den zu den Verbrauchern führenden Leitungen ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Baugruppenmodul (1 , 2, 3) mindestens einen Mikroprozessor (6) aufweist, der über mindestens einen digitalen Datenbus (11), vorzugsweise einen CAN-Bus, mit dem gemeinsamen
Zentralmodul (7) in Verbindung steht.
2. Verteilersystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jeder Baugruppenmodul (1 , 2, 3) mindestens eine mit mindestens einem Mikroprozessor (6) in Verbindung stehende Strommeßeinrichtung (26) und/oder eine
Spannungsmeßeinrichtung (24, 25) aufweist.
3. Verteilersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zwei- oder mehrphasigen Wechselstrom für jede Phase eine Spannungsmessung (24, 25), vorzugsweise vor und hinter einer Sicherung, und in zumindest einer Phase eine Strommessung (26) erfolgt.
4. Verteilersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmodule über eine Steckverbindung mit einer Starkstromsteckerleiste und mindestens eine Schwachstromsteckerleiste verbindbar sind, welche auch den digitalen Bus (11) führt.
5. Verteilersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (6) jedes Baugruppenmoduls (1 , 2, 3) auf drei ver- schiedene Betriebsmodi einstellbar ist, nämlich
a) einen Handbetriebsmodus, in dem über Stellelemente (19, 20) auf der Vorderseite (1a) des Baugruppenmoduls (1 , 2, 3) die Lastschaltelemente (5) zu den Verbrauchern (M1, M2, M3) vor Ort steuerbar sind, b) einen ersten Fernsteuermodus, bei dem der Mikroprozessor (6) über den digitalen Bus (11) Steuersignale empfängt, in deren Abhängigkeit er die Lastschaltelemente (5) ansteuert, c) einen zweiten Fernsteuermodus, bei dem der Mikroprozessor (6) über gesonderte Digitaleingänge (21) - vorzugsweise von Relais aus - Steuersignale empfängt, in deren Abhängigkeit er die Lastschaltelemente (5) ansteuert.
6. Verteilersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralmodul (7) eine vorzugsweise parallele Schnittstelle (13) zum
Anschluß eines Computers (12), vorzugsweise eines Personal Computers, sowie einen Umsetzprozessor (14) für die Datenübertragung zwischen Schnittstelle
(13) und digitalem Bus (11) aufweist.
7. Verteilersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralmodul (7) zumindest eine Anzeige (15, 16) für über den digitalen Bus übertragene Meß- und/oder Einstelldaten aus den einzelnen Baugruppenmodulen (1 , 2, 3) aufweist.
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