DE10041160B4 - container station - Google Patents
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Abstract
Containerstation mit einer innerhalb eines aus Stahlbeton oder einem Metall gebildeten Containers (A) angeordneten industriellen oder elektrischen Anlage mit einer Vielzahl von Sensoren und Aktoren (5), welche mit einem zentralen Rechner (1) kommunizieren, dadurch gekennzeichnet,
– daß eine Basisstation (4) an den Rechner (1) angeschlossen ist, welche einen Funksender (8) und einen Funkempfänger (12) aufweist,
– daß zumindest ein Teil der Sensoren (5) mit einem Funksender (6) ausgestattet ist, welcher interessierende Sensor-Informationen beinhaltende Funksignale an die Basisstation (4) abgibt,
– daß zumindest ein Teil der Aktoren (5) mit einem Funkempfänger (7) ausgestattet ist, welcher Befehle von der Basisstation (4) erhält und
– daß innerhalb des Containers (A) mindestens eine von einem mittelfrequenten Oszillator (B) gespeiste Primärspule (C) zur drahtlosen Versorgung zumindest eines Teils der Sensoren und Aktoren (5) mit elektrischer Energie vorgesehen ist,
– daß zumindest eine Seitenwand bzw. der Boden bzw. die Decke des Containers (A) als Teil der Primärspule (C1, C2, C3, C4) dient,
– wobei die Sensoren und Aktoren (5) zumindest teilweise jeweils mindestens eine zur Energieaufnahme aus einem mittelfrequenten Magnetfeld geeignete Sekundärspule (19) aufweisen.Container station with an industrial or electrical system arranged within a container (A) made of reinforced concrete or a metal and having a plurality of sensors and actuators (5) which communicate with a central computer (1), characterized in that
- That a base station (4) is connected to the computer (1), which has a radio transmitter (8) and a radio receiver (12),
- That at least some of the sensors (5) are equipped with a radio transmitter (6) which transmits radio signals containing the sensor information of interest to the base station (4),
- That at least part of the actuators (5) is equipped with a radio receiver (7) which receives commands from the base station (4) and
- that within the container (A) at least one primary coil (C) fed by a medium-frequency oscillator (B) is provided for the wireless supply of at least some of the sensors and actuators (5) with electrical energy,
- That at least one side wall or the floor or the ceiling of the container (A) serves as part of the primary coil (C1, C2, C3, C4),
- The sensors and actuators (5) at least partially each have at least one secondary coil (19) suitable for absorbing energy from a medium-frequency magnetic field.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Containerstation gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a Container station according to the generic term of claim 1.
Unter einer Containerstation wird dabei jede in einen Container eingebaute industrielle bzw. elektrische Anlage verstanden, wie beispielsweise Schaltanlage (insbesondere für Niederspannung und Mittelspannung), Transformatorstation (beispielsweise mit Gießharztransformator), Energieverteilungsanlage, Energieumformanlage (Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom, Umformung von Wechselstrom unterschiedlicher Frequenz), Energieversorgungs- oder Energieerzeugungsstation (Stromerzeugungsstation mit Generator wie Windkraftgenerator oder Solargenerator, mobile Stromerzeugungsstation), Ersatzstromversorgungsanlage (unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage oder Diesel-Notstromanlage mit Stromerzeugungsaggregat), Wasserversorgungsanlage (Wasserförderung), Wasser/Abwasserbehandlungs- oder Abwasseraufbereitungsanlage, Gasförderanlage, Ölförderanlage (beispielsweise auf Bohrinseln), Flüssigkeitsüberwachungsanlage (Tankanlage).Under a container station each industrial or electrical installed in a container System understood, such as switchgear (in particular for low voltage and medium voltage), transformer station (for example with cast resin transformer), Energy distribution system, energy conversion system (conversion of alternating current in direct current, conversion of alternating current of different frequency), Power supply or power generation station (power generation station with generator such as wind power generator or solar generator, mobile Power generation station), backup power supply system (uninterruptible Power supply system or diesel emergency power system with power generator), Water supply system (water production), water / wastewater treatment or wastewater treatment plant, gas production plant, oil production plant (for example on oil rigs), liquid monitoring system (Tank system).
Der die Anlage enthaltende Container selbst besteht dabei allseitig (Seitenwände, Boden, Decke) aus Stahlbeton oder aus einem elektromagnetische Strahlung abschirmenden Metall (beispielsweise verzinktes Eisenblech, Aluminium).The container containing the system itself consists of reinforced concrete on all sides (side walls, floor, ceiling) or from an electromagnetic radiation shielding metal (for example galvanized iron sheet, aluminum).
Bei derartigen Containerstationen ist es allgemeiner bekannter Stand der Technik, die Kommunikation zwischen einem Rechner bzw. Steuerung/Regelung bzw. Prozeßleitsystem einerseits und den einzelnen Sensoren und/oder Aktoren der Anlage andererseits über Draht- bzw. Kabelverbindungen zu realisieren. Unter dem Begriff Kommunikation wird insbesondere die Weiterleitung von Sensorsignalen (Daten) von den Sensoren zum Rechner und die Abgabe von Befehlen vom Rechner an die Aktoren verstanden. Die Energieversorgung der Sensoren und Aktoren erfolgt Leitungen/Kabel.With such container stations It is generally known state of the art that communication between a computer or control / regulation or process control system on the one hand and the individual sensors and / or actuators of the system on the other hand about To realize wire or cable connections. Under the term Communication is especially the forwarding of sensor signals (data) from the sensors to the computer and issuing commands from the computer understood to the actuators. The energy supply for the sensors and actuators lines / cables.
In der
- – wobei jeder Aktor mindestens eine zur Energieaufnahme aus einem mittelfrequenten Magnetfeld geeignete Sekundärwicklung aufweist,
- – wobei mindestens eine von einem mittelfrequenten Oszillator gespeiste Primärwicklung zur drahtlosen Versorgung der Aktoren mit elektrischer Energie vorgesehen ist,
- – wobei jeder Aktor mit einer Empfangseinrichtung ausgestattet ist, welche Funksignale einer mit einem Prozessrechner der Maschine verbundenen zentralen Sendeeinrichtung empfängt.
- Each actuator has at least one secondary winding suitable for absorbing energy from a medium-frequency magnetic field,
- At least one primary winding fed by a medium-frequency oscillator is provided for the wireless supply of the actuators with electrical energy,
- - Each actuator is equipped with a receiving device which receives radio signals from a central transmitting device connected to a process computer of the machine.
Des weiteren werden ein Verfahren und eine Anordnung zur drahtlosen Versorgung einer Vielzahl Aktoren mit elektrischer Energie vorgeschlagen.Furthermore, a procedure and an arrangement for the wireless supply of a plurality of actuators proposed with electrical energy.
In der
- – wobei jeder Sensor mindestens eine zur Energieaufnahme aus einem mittelfrequenten Magnetfeld geeignete Sekundärwicklung aufweist,
- – wobei mindestens eine von einem mittelfrequenten Oszillator gespeiste Primärwicklung zur drahtlosen Versorgung der Sensoren mit elektrischer Energie vorgesehen ist,
- – wobei jeder Sensor mit einer Sendeeinrichtung ausgestattet ist, welche interessierende Sensor-Informationen beinhaltende Funksignale an eine zentrale, mit einem Prozessrechner der Maschine verbundene Empfangseinrichtung abgibt.
- Each sensor has at least one secondary winding suitable for absorbing energy from a medium-frequency magnetic field,
- At least one primary winding fed by a medium-frequency oscillator is provided for the wireless supply of electrical energy to the sensors,
- - Each sensor is equipped with a transmitting device which transmits radio signals containing the sensor information of interest to a central receiving device connected to a process computer of the machine.
Des weiteren werden ein Verfahren und eine Anordnung zur drahtlosen Versorgung einer Vielzahl Sensoren mit elektrischer Energie vorgeschlagen.Furthermore, a procedure and an arrangement for the wireless supply of a plurality of sensors proposed with electrical energy.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Containerstation der eingangs genannten Art mit vereinfachter Kommunikation und Energieversorgung anzugeben.The invention has for its object a Container station of the type mentioned at the beginning with simplified communication and energy supply.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is linked with the features of the preamble according to the invention solved the features specified in the characterizing part of claim 1.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß im Vergleich zu konventionellen Lösungen mit Kabel- bzw. Drahtanschlüssen für die Kommunikation und die Energieversorgung der aufgrund der Kabel- bzw. Drahtanschlüsse durch Planung, Material, Installation (Montage), Dokumentation und Wartung bedingte relativ hohe Kostenfaktor entfällt. Die Planung, Herstellung und Montage wird insbesondere bei einer großen Vielzahl von Sensoren und Aktoren der Anlage beträchtlich vereinfacht. Da die Kabel- bzw. Drahtverbindungen insgesamt ein relativ hohes Gewicht aufweisen, ergibt sich eine vorteilhafte Gewichtsreduktion.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that in comparison to conventional solutions with cable or wire connections for communication and energy supply, those due to the cable or wire connections due to planning, material, installation (assembly), documentation and maintenance relatively high cost factor is eliminated. Planning, production and assembly are considerably simplified, especially with a large number of sensors and actuators in the system. Since the cable or wire connections have a relatively high weight overall, there is an advantageous weight reduction on.
Es können keine Ausfälle aufgrund von Draht- bzw. Kabelbrüchen oder schlechten, beispielsweise korrodierten Kontakten auftreten, was die Langzeitzuverlässigkeit er höht. Die innerhalb des Containers produzierte elektromagnetische und magnetische Strahlung kann eine relativ hohe Leistung aufweisen und bereitet trotzdem hinsichtlich ihrer Wirkung (Emission) nach außen hin keinerlei Probleme, da durch die Seitenwän de, den Bodenbereich und die Decke des Containers eine ausreichende Abschirmung gegen diese Strahlung gegeben ist. Somit werden Störungseinflüsse (Interferenzen) außerhalb der Containerstation zuverlässig verhindert.There can be no failures due to wire or cable breaks or bad, for example corroded contacts occur, what the long-term reliability elevated. The electromagnetic and produced inside the container magnetic radiation can have a relatively high power and still prepares for their effect (emission) Outside no problems because of the side walls, the floor area and the Cover the container with adequate shielding against this radiation given is. Thus, influences of interference (interference) except for Container station reliable prevented.
Im Vergleich zur Verwendung von Batterien zur drahtlosen Energieversorgung entfallen der Wartungsaufwand und der Kostenaufwand, der durch den erforderlichen Austausch von Batterien – zumal an schwer zugänglichen Stellen – bedingt ist.Compared to using batteries for wireless power supply eliminates the maintenance effort and the Cost, due to the required replacement of batteries - especially at difficult to access Make - conditional is.
Im angegebenen Mittelfrequenz-Bereich der Energieversorgung mittels eines magnetischen Feldes von etwa 15 kHz bis etwa 15 MHz sind die sich durch Skineffekte ergebenden Nachteile, beispielsweise die auftretenden Verluste, noch handhabbar. Die elektromagnetischen Wellen werden aufgrund der im Vergleich zu den auftretenden Wellenlängen zu kleinen und deshalb als Antennen unwirksamen Primärspulen nicht abgestrahlt. Eine EMV-Messung von eventuell abgestrahlten Störungen muß nicht erfolgen. Vorteilhaft tritt auch an unzugänglichen Stellen innerhalb des Containers ein zur Energieversorgung ausreichend starkes Magnetfeld auf. Es ergibt sich ein relativ einfacher Aufbau der Anordnung.In the specified medium frequency range the energy supply by means of a magnetic field of about 15 kHz to about 15 MHz are the disadvantages resulting from skin effects, for example the losses occurring, still manageable. The electromagnetic Waves become due to the compared to the occurring wavelengths small and therefore ineffective as primary antennas not emitted. An EMC measurement of any radiated disorders does not have to respectively. Advantageously occurs even in inaccessible places a sufficiently strong magnetic field for the energy supply on. The arrangement is relatively simple.
Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.Further advantages are from the description below seen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the Invention are in the subclaims characterized.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below of the embodiments illustrated in the drawing. It demonstrate:
In
Zweckmäßig erfolgt die Energieversorgung dieser
Sensoren und Aktoren
Gemäß einer in
Bei Ausbildung der Primärspule C
mit einer einzigen Windung kann diese Windung aus mehreren Wicklungsabschnitt-Flächen zusammengesetzt sein,
welche als vollflächige
Platten oder grob- oder feinmaschiges Gewebe oder Netz aus einem
elektrisch leitfähigen
Material, vorzugsweise einem Metall bestehen. Desgleichen ist es
möglich,
zumindest einzelne Wicklungsabschnitt-Flächen durch mehrere Leiter zu
bilden, welche elektrisch parallel geschaltet sind. Auch kann eine
derartige Wicklungsabschnitt-Fläche
von der Stahl-Armierung einer Betonplatte gebildet sein, welche
als Seitenwand des Containers A fungiert. Desgleichen ist eine Integration von
Wicklungsabschnitt-Flächen
in Fußboden,
Seitenwänden
und Decke des Containers A in gleicher Art und Weise realisierbar.
Die Primärspulen C können angeordnet sein, wie dies
in der Zeichnung gezeigt ist, es sind jedoch weitere hierzu unterschiedliche
Ausführungsformen der
Primärspule
C realisierbar. Bei Einsatz von zwei Primärspulen C können diese auch orthogonal
angeordnet sein. Des weiteren kann lediglich eine einzige Primärspule C
vorgesehen sein, welche alle Sensoren und Aktoren
Als Sensoren
Als Aktoren
Bei Realisierung der Containerstation
als Schaltanlage werden beispielsweise folgende Sensoren und Aktoren
In
Die drahtlose Kommunikation zwischen
der Basisstation
Die Aktoren empfangen Parametersätze und Steuerbefehle
zur Ausführung
bestimmter Handlungen und geben Rückmeldesignale, d. h. Funksignale hinsichtlich
aktueller Aktor-Informationen, wie die Rückmeldung "gewünschte
Handlung erfolgreich/nicht erfolgreich ausgeführt" oder allgemein die Rückmeldung über die
aktuelle Aktorstellung an den Rechner
In
In einer einfacheren, nur zur drahtlosen 1-Weg
Kommunikation mit Sensoren geeigneten Ausführungsform weist die Basisstation
In einer einfacheren, nur zur drahtlosen 1-Weg
Kommunikation mit Aktoren geeigneten Ausführungsform weist die Basisstation
In
Bei Ausführung als Aktor bezeichnet
Ziffer
Wie vorstehend bereits erwähnt, kommuniziert
die zentrale Basisstation
Eine Energieversorgung jedes Sensors und/oder
Aktors
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