DE3736244C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Klimaregelvorrichtung mit einer Zentralsteuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a climate control device with a Central control device according to the preamble of claim 1.
Aus WO 87/04 275 A1 ist eine Regelvorrichtung bekannt, die zur zentralen Steuerung und Überwachung dezentraler Bewässerungsanlagen dient, die Meßdaten aufnehmen und an die Zentralsteuerungsvorrichtungen übersenden und von dort Vorgabesignale für Ventilbestätigungen empfangen und demgemäß Stellsignale abgeben. Es ist nur eine zentrale Sendestation mit großer Leistung und Reichweite vorgesehen und die batteriebetriebenen Empfangsstationen sind ständig voll bestromt und der notwendigen Reichweite gemäß mit hoher Sendeleistung und mit hohem Empfangsverstärkeraufwand ausgestattet, was einen entsprechenden relativ hohen Batteriestromverbrauch verursacht.A control device is known from WO 87/04 275 A1 known for central control and monitoring decentralized irrigation systems, which record measurement data and send to the central control devices and from receive default signals for valve confirmations there and accordingly emit control signals. It is only a central one Broadcast station with great performance and range provided and the battery-powered receiving stations are constantly full energized and according to the necessary range with high Transmission power and with high reception amplifier expenditure equipped what a corresponding relatively high Battery power consumption caused.
Weiterhin ist aus "Siemens Energie und Automation 8" 1986, Heft 1, S. 40-41 ist eine Regelvorrichtung eines Klimagerätes bekannt, die eine optoelektronische Empfangsschaltung enthält, der optische Steuersignale in Reichweite von einer randbetätigbaren Steuervorrichtung, die einen elektro-optischen Sender enthält, zuführbar sind. Die Reglervorrichtung arbeitet netzgespeist und ist ständig empfangsbereit. Eine zentrale Koordination der Steuerungen mehrerer Klimareglervorrichtungen erfolgt nicht, was zu erhöhtem Energieverbrauch führt, wenn benachbarte Klimageräte unterschiedlich oder insbes. entgegengesetzt regeln.Furthermore, from "Siemens Energy and Automation 8" 1986, issue 1, pp. 40-41 is a control device of an air conditioner known, which contains an optoelectronic receiving circuit, of optical control signals within range of one edge-operated control device, the one contains electro-optical transmitter, can be fed. The The control device works on a mains supply and is always on ready to receive. Central coordination of the controls multiple climate control devices does not do what increased energy consumption results when neighboring air conditioners regulate differently or in particular oppositely.
Weiterhin ist aus "Siemens-Energietechnik 6" (1984) Heft 3, S. 170, eine Infrarot-Datenübertragung für eine mobile Datenerfassung zwischen batteriebetriebenen Handterminals sowie mobilen, mit einem 24 V Bordnetzbetrieb und seinem zentralen netzversorgten Rechner bekannt, wobei der Rechner mit einer Reichweite bis 40 m mit den Terminals kommuniziert. Eine gebäudeweite Klimaregelung ist damit nicht vorgesehen und nicht möglich.Furthermore, from "Siemens Energy Technology 6" (1984) Issue 3, P. 170, an infrared data transmission for a mobile Data acquisition between battery-operated handheld terminals as well as mobile, with a 24 V electrical system operation and its central network-powered computer known, the computer communicates with the terminals with a range of up to 40 m. A building-wide climate control is therefore not provided for not possible.
Weiterhin sind aus "Der elektromeister + deutsches elektrohandwerk" de22/86 - 1659, Infrarot-Fernbedienungsvorrichtungen bekannt, bei der von Hand betätigbare Steuervorrichtungen mit einem opto-elektronische 4-Kanal-Sender ständig empfangsbereite, netzgespeiste Lichtsignalempfänger beaufschlagbar sind, welche die empfangenen Signale in Ein- bzw. Ausschaltsignale umsetzen.Furthermore from "Der elektromeister + deutsches Elektrohandwerk" de22 / 86 - 1659, infrared remote control devices known with the manually operable control devices an opto-electronic 4-channel transmitter constantly Ready-to-receive, line-powered light signal receivers can be acted upon, which the received signals in or implement switch-off signals.
Weiterhin ist aus "Siemens Energie & Automation 7" (1985) Heft 2, S. 198, eine zentrale Steuervorrichtung für Gebäudeleittechnik, insbes. für die Klimasteuerung, bekannt, von der drahtgebunden Steuersignale an netzgespeiste Regelvorrichtungen übertragen werden, die der Durchflußsteuerung an Heizkörpern und Klimageräten zwecks Temperaturregelung in der Umgebung derselben dienen. Die drahtgebundene Signalübertragung zu den Reglern an Heizkörpern hat den Nachteil, daß insbesondere in öffentlichen Gebäuden, z. B. Schulen, die Signalleitungen leicht zerstört werden können.Furthermore, from "Siemens Energie & Automation 7" (1985) booklet 2, p. 198, a central control device for Building management technology, especially for climate control, known, from wired control signals to mains powered Control devices are transmitted to the Flow control on radiators and air conditioners for the purpose Temperature control in the vicinity of the same serve. The wired signal transmission to the controllers on radiators has the disadvantage that especially in public buildings, e.g. B. Schools, the signal lines are easily destroyed can.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klimaregelvorrichtung mit fernbedienbaren lokalen batteriebetriebenen Regelvorrichtungen der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß sie einen geringen Batteriestrombedarf aufweisen.The object of the invention is a climate control device with remote controlled local battery operated control devices of the type mentioned at the beginning to improve such that they have a low battery power requirement exhibit.
Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.The solution to the problem is in the characterizing part of the Claim 1 specified.
Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous designs are in the subclaims specified.
Die Speisung des Reglers und seines Empfängers erfolgt entweder über eine Langzeitbatterie oder vorteilhaft über einen Solarzellengenerator mit speichernder Pufferbatterie. Der Stromverbrauch der Reglerschaltung ist durch mehrere Maßnahmen derartig gering, daß eine übliche Langzeitbatterie mehrere Jahre oder eine Solarzellenanordnung mit wenigen Quadratzentimetern aktiver Fläche bei Bestrahlung mit üblichem Umgebungslicht zum Betrieb ausreichen.The controller and its receiver are powered either via a long-term battery or advantageously via a solar cell generator with a storage battery. The power consumption of the regulator circuit is by several Measures so low that a conventional long-life battery several years or a solar cell arrangement with a few Square centimeters of active area when irradiated with conventional Sufficient ambient light for operation.
Die Stromsparmaßnahmen bestehen im einzelnen darin:The energy saving measures consist of:
- - Der Lichtsignalverstärker wird sehr hochohmig und nichtlinear betrieben, weshalb eine rein digitale, impulsmäßige Signalauswertung erfolgt.- The light signal amplifier becomes very high-resistance and operated non-linear, which is why a purely digital, pulse-based signal evaluation takes place.
- - Die verschiedenen Schaltungsteile, einschließlich der Solarstromversorgung, werden nur dann und nur jeweils so lange mit Spannung versorgt, wie dies für die einzelne Funktion erforderlich ist.- The various circuit parts, including the Solar power supply, only then and only powered for as long as this for the individual function is required.
- - Die Reglerschaltung ist völlig selbsteichend ausgelegt, so daß sie jeweils innerhalb des vollen Arbeitsbereiches des davon beaufschlagten Stellgliedes arbeitet, darüber hinaus werden unnötige Stellvorgänge in einem Totlaufbereich oder in einem Anschlagbereich, in dem überhöhter Stromverbrauch auftreten würden, vermieden. - The controller circuit is completely self-adjusting, so that they are each within the full work area of the actuator acted upon by it, in addition, unnecessary actuation processes in one Dead zone or in a stop area in which excessive power consumption would be avoided.
- - Das Stellglied ist selbsthemmend und benötigt somit keinen Haltestrom.- The actuator is self-locking and therefore does not require any Holding current.
- - Die Übertragungsprozedur und Signalgebung ist vorteilhaft auf einen geringen Signalpegel und geringe Signaldauer und hoher Übertragungsfrequenz sowie bei hoher Störsicherheit gegenüber Fremdlicht und bei ausreichender Übertragungskapazität für mehrere hundert lokale Regler ausgelegt.- The transmission procedure and signaling is advantageous to a low signal level and short signal duration and high transmission frequency as well as high Immunity to ambient light and sufficient transmission capacity for several hundred local controller.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Reglervorrichtungen und ihrer Detailschaltungen und -vorrichtung sind anhand der Fig. 1 bis 9 beschrieben.Advantageous embodiments of the control devices and their detailed circuits and devices are described with reference to FIGS . 1 to 9.
Fig. 1 Blockschaltbild der Gesamtregelvorrichtung; Fig. 1 block diagram of the overall control device;
Fig. 2 Blockschaltbild einer Lokalregelvorrichtung; Fig. 2 block diagram of a local control device;
Fig. 3 Detailschaltbild zu Fig. 2; Fig. 3 detailed circuit diagram for Fig. 2;
Fig. 4 Schaltbild des Lichtsignalverstärkers; Fig. 4 circuit diagram of the light signal amplifier;
Fig. 5 Signalverläufe des Lichtsignalverstärkers; Fig. 5 waveforms of the light signal amplifier;
Fig. 6 Schaltbild des Solarladegerätes; Fig. 6 circuit diagram of the solar charger;
Fig. 7 Aufbau der Stellvorrichtung; Fig. 7 structure of the actuating device;
Fig. 8 Stirnansicht zu Fig. 7; Fig. 8 end view of Fig. 7;
Fig. 9 Abhängigkeit des Motorstromes vom Stellweg. Fig. 9 dependence of the motor current on the travel.
Fig. 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild einer Regelvorrichtung. Die Zentralsteuervorrichtung (ZST) wird durch einen programmgesteuerten Rechner gebildet, dem durch eine Eingabevorrichtung (E) Programme und erwünschte Betriebszustände der lokalen Regelvorrichtung (RE 1, - RE 3) zugeführt werden, und der an eine Ausgabevorrichtung (A) Betriebszustände und lokale Meßwerte von den lokalen Regelvorrichtungen angibt. Die Zentralsteuervorrichtung (ZST) ist über ein Datenübertragungsnetzwerk (DUE), das zweidrähtig ausgeführt ist, mit lichtelektrischen Koppelvorrichtungen (LKV 1, - LKV 3) verbunden, die jeweils aus einer leitungsseitigen Sende- und Empfangsvorrichtung (FK 1, - FK 3) und einer Sende- und Empfangsschaltung (RK 1, - RK 3) im lokalen Regler (RE 1, - RE 3) mit jeweils einer dazwischenliegenden optischen Übertragungsstrecke besteht. Fig. 1 is an overview diagram showing a control device. The central control device (ZST) is formed by a program-controlled computer, to which programs and desired operating states of the local control device ( RE 1 , - RE 3 ) are fed by an input device (E) , and to an output device (A) operating states and local measured values of the local control devices. The central control device (ZST) is connected via a data transmission network (DUE) , which is of two-wire design, to photoelectric coupling devices (LKV 1 , - LKV 3 ), each consisting of a line-side transmission and reception device (FK 1 , - FK 3 ) and one Transmit and receive circuit (RK 1 , - RK 3 ) in the local controller (RE 1 , - RE 3 ), each with an intermediate optical transmission link.
Fig. 2 zeigt ein Übersichtsschaltbild einer lokalen Regelvorrichtung. Sie besteht aus einem Steuerrechner (ST) mit einem Programm- und Datenspeicher (SP), der eingangsseitig mit Signalen eines Zeitgebers (CL), mit Ausgangssignalen eines Analogdigitalwandlers (AD) und eines Demodulators (DEM), der zur Auswertung von in der Empfangsschaltung (RK 1) empfangenen lichtelektrischen Steuersignalen dient, beaufschlagt wird und ausgangsseitig über einen Modulator (MOD) die Sendeschaltung (RK 1), einen Meßmultiplexer (MUX) und eine Motorsteuerung (MS) des Stellmotors (6) mit dem Getriebe (BG) ansteuert. Für den Fall einer Heizungsregelung ist das Getriebe (BG) mit einem Durchflußventil (VM) gekoppelt, das den Durchfluß des Heiz- bzw. Kühlmediums in dem Wärmetauscher (HK) steuert, in dessen Einflußbereich ein Temperatursensor (TS) angeordnet ist, dessen Ausgangssignal über eine Brückenschaltung (BR) einem Differenzverstärker (VD) zugeführt wird, der an einen ersten Eingang des Multiplexers (MUX) angeschlossen ist. Auf diese Weise läßt sich über den Steuerrechner (ST) ein lokaler Regelkreis schließen, indem dieser einen Vergleich des gemessenen Temperaturwertes mit einem Vorgabewert vornimmt und demgemäß den Motor (6) beaufschlagt. Fig. 2 is a line diagram showing a local control device. It consists of a control computer (ST) with a program and data memory (SP) , on the input side with signals from a timer (CL) , with output signals from an analog-digital converter (AD) and a demodulator (DEM) , which is used to evaluate signals in the receiving circuit ( RK 1 ) serves received light-electric control signals, is acted upon and controls the transmission circuit (RK 1 ), a measuring multiplexer (MUX) and a motor control (MS) of the servomotor ( 6 ) with the gear (BG) on the output side via a modulator (MOD) . In the case of a heating control, the gearbox (BG) is coupled to a flow valve (VM) which controls the flow of the heating or cooling medium in the heat exchanger (HK) , in the area of influence of which a temperature sensor (TS) is arranged, the output signal of which a bridge circuit (BR) is fed to a differential amplifier (VD) which is connected to a first input of the multiplexer (MUX) . In this way, a local control loop can be closed via the control computer (ST) by comparing the measured temperature value with a preset value and accordingly acting on the motor ( 6 ).
Ein Vorgabewert für den lokalen Regler kann dem Steuerrechner (ST) einerseits von einer lokalen Einstellvorrichtung (E 1) zugeführt werden und andererseits von der Zentral- Steuervorrichtung über die Empfangsschaltung (RK 1) zugeleitet werden, wobei beide Vorgabewerte vorzugsweise additiv gewertet werden. Es ist auch möglich, einen Vorgabewert über eine Einstellung eines der Brückenwiderstände (RE) einzugeben. A default value for the local controller can be supplied to the control computer (ST) on the one hand by a local setting device (E 1 ) and on the other hand can be supplied by the central control device via the receiving circuit (RK 1 ), the two default values preferably being evaluated additively. It is also possible to enter a default value by setting one of the bridge resistors (RE) .
Statt eines lokalen Regelkreises mit externer Vorgabe kann in einer weiteren Betriebsart der Regelkreis auch über die Zentralsteuervorrichtung geschlossen werden, indem jeweils die Temperaturmeßwerte über die Sendeschaltungen (RK 1, - RK 3) an die Zentralsteuervorrichtung gemeldet werden und ein Vergleich mit den Vorgabewerten dort erfolgt und dementsprechende Steuersignale den lokalen Steuerrechnern (ST) zugeführt und von diesen an die Motorsteuerungen (MS) weitergegeben werden.Instead of a local control loop with external specification, the control loop can also be closed via the central control device in a further operating mode, in that the temperature measurement values are reported to the central control device via the transmission circuits (RK 1 , - RK 3 ) and a comparison is made with the default values there and Corresponding control signals are supplied to the local control computers (ST) and passed on by them to the engine controls (MS) .
Die Stromversorgung der lokalen Reglerschaltung erfolgt über eine Spannungsversorgungsvorrichtung (UVV), die eine Batteriespannung (UB) abgibt. Zwecks Gewährleistung einer hohen Meßgenauigkeit bei andererseits extremer Batteriekapazitätsausnutzung, die ein Arbeiten in einem großen Versorgungsspannungsbereich von z. B. 6,5 V bis auf 2,5 V erfordert, ist die Versorgungsspannung (UST) des Steuerrechners über einen Spannungsstabilisator (UC) stabilisiert an den Analogdigitalwandler (AD) und an die Brücke (BR) geführt. Außerdem ist die Versorgungsspannung (UST) einem zweiten Eingang des Meßmultiplexers (MUX) zugeführt, so daß sie gemessen und mit einem Grenzwert verglichen wird, worauf bei Erreichen eines unteren zulässigen Grenzwertes eine entsprechende Nachricht an die Zentralsteuerung abgegeben wird oder der Wert der Versorgungsspannung (UST) direkt an die Zentralsteuerung zur Auswertung und Ausgabe übertragen wird.The local regulator circuit is supplied with power via a voltage supply device (UVV) which emits a battery voltage (UB) . In order to ensure a high level of measurement accuracy with, on the other hand, extreme battery capacity utilization, which means working in a large supply voltage range of e.g. B. requires 6.5 V to 2.5 V, the supply voltage (UST) of the control computer is stabilized via a voltage stabilizer (UC) to the analog-digital converter (AD) and to the bridge (BR) . In addition, the supply voltage (UST) is fed to a second input of the measuring multiplexer (MUX) , so that it is measured and compared with a limit value, whereupon a corresponding message is sent to the central control or the value of the supply voltage (UST ) is transferred directly to the central control for evaluation and output.
Weiterhin ist aus der Motorsteuerung (MS) ein Motorstromsignal (MI) auf einen dritten Eingang des Multiplexers (MUX) geführt, so daß die Motorstromstärke steuerungsmäßig auswertbar ist.Furthermore, a motor current signal (MI) is led from the motor control (MS) to a third input of the multiplexer (MUX) , so that the motor current strength can be evaluated in terms of control.
Zur Minimierung des Strombedarfs der Reglerschaltung wird die Batteriespannung (UB) einer Reglerstarterschaltung (RS), die einen sehr geringen Eigenstromverbrauch hat, unmittelbar zugeführt, und die von dieser nur periodisch kurzzeitig weitergegebene Versorgungsspannung (UST) wird der Reglervorrichtung und einer Empfängerstarterschaltung (ES) zugeführt, die wiederum nur bei Bedarf die Sender-Empfänger- Schaltung (RK 1) und einen Frequenzdiskriminator (FD) mit einer Empfängerversorgungsspannung (UES) beaufschlagt und ein Diskriminatorzeitsignal (DZS) an den Diskriminator (FD) liefert.In order to minimize the current requirement of the regulator circuit, the battery voltage (UB) is fed directly to a regulator starter circuit (RS) , which has a very low internal power consumption, and the supply voltage (UST) , which is only periodically passed on briefly, is fed to the regulator device and a receiver starter circuit (ES) , which in turn only applies the transmitter-receiver circuit (RK 1 ) and a frequency discriminator ( FD) with a receiver supply voltage (UES) and supplies a discriminator time signal (DZS) to the discriminator (FD) .
In Fig. 3 sind Details der lokalen Reglerschaltung dargestellt. Die Reglerstarterschaltung (RS) besteht aus einem Taktgenerator (G 1), der Impulse relativ geringer Frequenz erzeugt, die einen Untersetzerzähler (Z 4) beaufschlagen, so daß dieser über das Oder-Gatter (OG) und ein nachgeschaltetes Flipflop (FF 1) in entsprechend der Kapazität des Untersetzerzählers (Z 4) großen Zeitabständen die Versorgungsspannung (UST) einschaltet. Außerdem triggert der Taktgenerator (G 1) eine Folge von zwei Zeitgliedern (M 1, M 2), die über die invertierenden UND-Gatter (N 1, - N 3) die Empfängerversorgungsspannungen (UES) und das Diskriminatorzeitsignal (DZS) jeweils kurzzeitig liefern. Damit wird der Lichtsignalverstärker (LEV) der Empfangsschaltung (RK 1) bzw. der als Frequenzdiskriminator dienende Diskriminatorzähler (Z 1) versorgt. Dieser zählt die vom Lichtsignalverstärker (LEV) abgegebenen Impulse (LP) während das Diskriminatorzeitsignal (DZS) vorhanden ist, so daß der Zähler immer nur dann seinen Endstand erreicht, wenn die ankommende Impulsanzahl der Lichtimpulssignale (LP) innerhalb der Dauer des Diskriminatorzeitsignales (DZS) den maximalen Zählerstand überschreitet. Das Ausgangssignal des Diskriminatorzählers (Z 1) beaufschlagt ein Oder-Gatter (OG), das dann die Reglerversorgungsspannung (UST) einschaltet, womit der Steuerprozessor (STP) und der Demodulator (DEM) und die weiteren angeschlossenen Schaltungsteile versorgt werden. In Fig. 3, details are shown of the local regulator circuit. The controller starter circuit (RS) consists of a clock generator (G 1 ), which generates pulses of relatively low frequency, which act on a coaster counter (Z 4 ), so that this via the OR gate (OG) and a downstream flip-flop (FF 1 ) in switches on the supply voltage (UST) according to the capacity of the coaster counter (Z 4 ) at large time intervals. In addition, the clock generator (G 1 ) triggers a sequence of two timing elements (M 1 , M 2 ), each of which supplies the receiver supply voltages (UES) and the discriminator time signal (DZS) for a short time via the inverting AND gates (N 1 , - N 3 ) . The light signal amplifier (LEV) of the receiving circuit (RK 1 ) or the discriminator counter (Z 1 ) serving as a frequency discriminator is thus supplied. This counts the pulses (LP ) emitted by the light signal amplifier (LEV) while the discriminator time signal (DZS) is present, so that the counter only reaches its end value when the incoming number of pulses of the light pulse signals (LP) within the duration of the discriminator time signal (DZS) exceeds the maximum counter reading. The output signal of the discriminator counter (Z 1 ) acts on an OR gate (OG) , which then switches on the regulator supply voltage (UST) , with which the control processor (STP) and the demodulator (DEM) and the other connected circuit parts are supplied.
Jeweils am Ende der auszuführenden Steuerfunktion schaltet der Steuerprozessor (STP) das Flipflop (FF 1) und somit die Versorgungsspannung (UST) ab.At the end of the control function to be executed, the control processor (STP) switches off the flip-flop (FF 1 ) and thus the supply voltage (UST) .
Eine zusätzliche Stromersparnis wird dadurch erreicht, daß die Zeitglieder (M 1, M 2) und der Diskriminatorzähler (Z 1) in den Pausenzeiten, in denen keine Versorgungsspannung (UST) vorhanden ist, über das Ausgangssignal des Inverters (N 1) abgeschaltet werden.An additional power saving is achieved in that the timers (M 1 , M 2 ) and the discriminator counter (Z 1 ) are switched off via the output signal of the inverter (N 1 ) in the pause times when there is no supply voltage (UST) .
Der Gesamtstromverbrauch der Schaltung ist dadurch besonders niedrig gehalten, daß ein Frequenzmodulationsverfahren benutzt wird, das einfache digitale Schaltmittel zur Demodulation benötigt. Es ist vorgesehen, eine erste Impulsfolgefrequenz von z. B. 120 kHz, eine einen ersten binären Zustand repräsentierende zweite niedrigere Impulsfolgegrundfrequenz von z. B. 100 kHz und eine einen zweiten binären Zustand repräsentierende dritte Impulsfolgefrequenz von z. B. 50 kHz zu verwenden. Mittels des Demodulators (DEM) werden diese Impulsfolgefrequenzen voneinander unterschieden. Hierzu dienen die beiden voreinstellbaren Zähler (Z 1, Z 3), von denen der eine ein Uhrtaktzähler (Z 2) und der andere ein Lichtimpuls- Zähler (Z 3) der Lichtimpulssignale (LP) ist. Die Zählerstände werden vom Steuerprozessor (STP) jeweils dann, wenn der Uhrtaktzähler (Z 2) mit seinem Überlaufsignal einen Interrupt auslöst und den zwischenzeitlichen Standby-Status unterbricht, entsprechend einem vereinbarten Bitzeitraster ausgewertet, wobei aus den binären Zuständen jeweils die Bitfolge der Binärzustände ermittelt und eine vereinbarungsgemäße Auswertung der jeweiligen Bitfolge vorgenommen wird.The overall current consumption of the circuit is kept particularly low by using a frequency modulation method which requires simple digital switching means for demodulation. It is provided that a first pulse repetition frequency of e.g. B. 120 kHz, a second binary state representing a second lower pulse train fundamental frequency of z. B. 100 kHz and a second binary state representing third pulse repetition frequency of z. B. 50 kHz to use. These pulse repetition frequencies are distinguished from one another by means of the demodulator (DEM) . Serve this purpose, the two presettable counters (Z 1, Z 3), one of which is a Uhrtaktzähler (Z 2) and the other a light pulse counter of the light pulse signals (LP) (Z 3). The counter values are evaluated by the control processor (STP) each time the clock pulse counter (Z 2 ) triggers an interrupt with its overflow signal and interrupts the interim standby status, in accordance with an agreed bit time grid, the bit sequence of the binary states being determined from the binary states and an agreed evaluation of the respective bit sequence is carried out.
Die erste Impulsfolgefrequenz dient lediglich der Einschaltung. Mittels des Frequenzdiskriminators (FD) erfolgt eine Zuordnung des Zeitrasters zur folgenden Auswertung, so daß eine unnötige längerdauernde Einschaltung des Steuerrechners (ST) durch Störsignale nicht erfolgt und eine lange Synchronisationsimpulsfolge nicht erforderlich ist. Die Zähler (Z 2, Z 3, Z 5) werden jeweils nur im Bedarfsfall durch eine Abschaltung des Blockiersignales (EN) von dem Steuerprozessor (STP) freigegeben, so daß sie nur dann Aktivitätsstrom verbrauchen. Mit einer Abschaltung des Blockiersignales (EN 1) wird weiterhin ein Überwachungs- Zeitglied (M 3) während der Zählvorgänge freigegeben, das eingangsseitig retriggerbar von dem Lichtimpulssignal (LP) beaufschlagt wird und dessen Ablaufzeit einer vorgegebenen maximalen Impulsunterbrechungszeit entspricht, nach der ein Interrupteingang des Steuerprozessors (STP) mit dessen Ausgangssignal aktiviert wird, durch dessen Auswertung eine lange Impulsfolgeunterbrechung erkannt wird, die als Störungsmeldung oder zur Synchronisation verwendbar ist.The first pulse repetition frequency is only used for switching on. By means of the frequency discriminator (FD) , the time grid is assigned to the following evaluation, so that the control computer (ST) is not switched on for an unnecessarily long time due to interference signals and a long synchronization pulse sequence is not required. The counters (Z 2 , Z 3 , Z 5 ) are only released when necessary by switching off the blocking signal (EN) from the control processor (STP) , so that they only consume activity current. When the blocking signal (EN 1 ) is switched off, a monitoring timer (M 3 ) is released during the counting processes, which is retriggered by the light pulse signal (LP) on the input side and whose expiration time corresponds to a predetermined maximum pulse interruption time, after which an interrupt input of the control processor (STP) is activated with its output signal, the evaluation of which detects a long pulse sequence interruption, which can be used as a fault message or for synchronization.
Die Aussendung von Nachrichten aus dem Steuerprozessor (STP) wird über einen voreinstellbaren Modulatorzähler (Z 5) vorgenommen, der von den Uhrtaktimpulsen des quarzgesteuerten Zeitgebers (CL) beaufschlagt ist und gemäß der jeweils für den einen oder anderen auszusendenden Binärzustand vorgesehenen Impulsdauern von dem Steuerprozessor (STP) voreingestellt wird. Das Ausgangssignal des Modulatorzählers (Z 5) wird jeweils an den Lichtimpulssender (LS) abgegeben. Zur Verhinderung von Fehlinterpretationen ist es vorgesehen, für die Rückübertragung zur Zentralsteuervorrichtung andere, etwa 20% niedrigere Impulsfolgefrequenzen als die von der Zentralsteuerung (ZST) verwandten Frequenzen, z. B. 40 und 80 kHz, zu verwenden, die unterhalb der Diskriminatorfrequenz liegen und so zu keiner unerwünschten Aktivität mit entsprechendem Stromverbrauch bei anderen Steuerprozessoren und Demodulatoren führen können. The transmission of messages from the control processor (STP) is carried out via a presettable modulator counter (Z 5 ), which is acted on by the clock pulse of the quartz-controlled timer (CL) and according to the pulse durations provided for one or the other binary state to be transmitted by the control processor ( STP) is preset. The output signal of the modulator counter (Z 5 ) is delivered to the light pulse transmitter (LS) . To prevent misinterpretations, it is provided that for the retransmission to the central control device, approximately 20% lower pulse repetition frequencies than the frequencies used by the central control (ZST) , e.g. B. 40 and 80 kHz to use, which are below the discriminator frequency and so can not lead to any unwanted activity with corresponding power consumption in other control processors and demodulators.
Die gesamte dargestellte Schaltung kann aus einzelnen Bauelementen zusammengesetzt sein; es können aber auch mehrere Bauteile miteinander integriert sein oder, falls die Prozessorgeschwindigkeit ausreicht, durch Programmfunktionen, z. B. Zählprogramme, ersetzt werden.The entire circuit shown can consist of individual Components be assembled; but several can Components can be integrated with each other or, if the Processor speed is sufficient, through program functions, e.g. B. counting programs to be replaced.
Durch die dargestellte bedarfsweise Stromversorgung der verschiedenen Schaltungsteile läßt sich im praktischen Betrieb der mittlere Strombedarf auf etwa 0,5% des maximalen Strombedarfs reduzieren.Through the illustrated power supply needed various circuit parts can be used in practical operation the average power requirement to about 0.5% of the maximum Reduce electricity consumption.
Fig. 4 zeigt einen Lichtsignalverstärker (LEV), der stromsparend aufgebaut ist und streulichtunempfindlich die hochfrequenten Lichtimpulssignale in einem relativ großen Empfindlichkeitsbereich, d. h. auch bei Alterung, Verstaubung und Abweichung der optischen Achsen vom Lichtsender und -empfänger, verstärkt und in elektrische Lichtsignalimpulse (LP) mit üblichem Schaltpegel umwandelt. Die vier Verstärkerstufen (V 1, - V 4) sind jeweils kapazitiv gekoppelt und mit Impedanzwandlern am Ausgang versehen. Die Koppelzeitkonstanten betragen ein Mehrfaches der Impulsfolgezeiten, sie sind jedoch klein gegen die üblichen Pulsfolgezeiten der Frequenzen von 100 bis 300 Hz einer umgebenden Leuchtstoffröhrenbeleuchtung, so daß diese Störbeleuchtung keine Ausgangssignale erzeugt. Außerdem ist die Photodiode (LD) mit einem relativ niederohmigen Abschlußwiderstand (RA) versehen, und eine Entladediode (D 1) ist auf den Eingang der ersten Verstärkerstufe (V 1) zurückgekoppelt, so daß ein schnelles Einschwingen des Verstärkers erreicht wird. Das am Ausgang der vierten Verstärkerstufe (V 4) auftretende, durch die Verstärkerzeitkonstanten und ggf. Übersteuerung stark verzerrte Signal (LS) wird anschließend in einem mitgekoppelten Impulsformer (IF) auch bei einer thermisch bedingten Schwellenverschiebung der Hysterese in das digitale Lichtimpulssignal (LP) gewandelt, das jedoch u. U. unterschiedliche Impulsbreiten aufweist. Fig. 4 shows a light signal amplifier (LEV), which is constructed power saving and stray-light-insensitive, the high frequency optical pulse signals in a relatively wide range of sensitivity, ie even when the aging, dusting and deviation of the optical axes of the light transmitters and receivers, amplifies, and in electric light signal pulses (LP) converts with normal switching level. The four amplifier stages (V 1 , - V 4 ) are each capacitively coupled and provided with impedance converters at the output. The coupling time constants are a multiple of the pulse sequence times, but they are small compared to the usual pulse sequence times of the frequencies from 100 to 300 Hz of surrounding fluorescent tube lighting, so that this interference lighting does not generate any output signals. In addition, the photodiode (LD) is provided with a relatively low-impedance terminating resistor (RA) , and a discharge diode (D 1 ) is fed back to the input of the first amplifier stage (V 1 ), so that the amplifier quickly settles. The signal (LS ) occurring at the output of the fourth amplifier stage (V 4 ), which is strongly distorted by the amplifier time constants and possibly overdrive, is then converted into the digital light pulse signal (LP) in a coupled pulse shaper (IF) even if the threshold hysteresis is shifted thermally which however u. U. has different pulse widths.
In Fig. 5 sind die Signalverläufe des Lichtsenders (QL) und des Signales (LS 1) und des Lichtimpulssignales (LP 1) für den Fall eines geringen Lichteinfalles und hoher Schaltschwellen (VTH 1, VTH 2) und für den Fall hohen Lichteinfalles des Signales (LS 2) und des Lichtimpulssignales (LP 2) bei niedrigen Schaltschwellen (VTH 3, VTH 4) gezeigt. Es ergibt sich trotz sehr unterschiedlicher Verhältnisse nur eine unterschiedliche Impulslänge und eine unterschiedliche relative Lage des Lichtsignalimpulses (LP 1, LP 2) zum jeweiligen Eingangsimpuls vom Lichtsender, was jedoch bei dem gezeigten nachgeschalteten Auswerteverfahren der Frequenzermittlung bedeutungslos ist. In Fig. 5 are the waveforms of the light transmitter (QL) and the signal (LS 1 ) and the light pulse signal ( LP 1 ) for the case of low incidence and high switching thresholds (VTH 1 , VTH 2 ) and for the case of high incidence of the signal (LS 2 ) and the light pulse signal (LP 2 ) at low switching thresholds (VTH 3 , VTH 4 ) shown. Despite very different conditions, there is only a different pulse length and a different relative position of the light signal pulse (LP 1 , LP 2 ) to the respective input pulse from the light transmitter, which is, however, meaningless in the subsequent evaluation method of frequency determination shown.
Mit dieser Schaltung läßt sich beispielsweise bei einer Sendefrequenz von 130 kHz mit einem Leuchtdiodenstrom von 100 mA bei einer Entfernung zum Empfänger von 1 m ein normales Empfangssignal erzeugen, auch wenn sich die Versorgungsspannung im unteren Toleranzbereich befindet.This circuit can be used, for example, for a Transmission frequency of 130 kHz with a light emitting diode current of 100 mA at a distance of 1 m from the receiver is normal Generate receive signal, even if the supply voltage is in the lower tolerance range.
In Fig. 6 ist die Spannungsversorgungsvorrichtung (UVV), nämlich ein Solarwandler zur Ladung des Akkumulators (AC) dargestellt, der die Batteriespannung (UB) von z. B. 4,2 V abgibt. Damit nur wenige z. B. 1 bis 2 Stück Solarzellen (DS) in Serie geschaltet werden müssen, wird deren niedrige Ausgangsspannung durch einen taktgesteuerten Sperrwandler (SW) auf die Ladespannung des Akkumulators (AC) angehoben. Damit dieser Sperrwandler (SW) nicht ständig Strom verbraucht, auch wenn kein ausreichender Solarstrom vorhanden ist, ist eine Prüfschaltung vorgesehen, die die Steuerimpulse des Sperrwandlers (SW) nur freigibt, wenn ausreichender Solarstrom vorhanden ist.In Fig. 6, the voltage supply device (UVV) , namely a solar converter for charging the battery (AC) is shown, the battery voltage (UB) of z. B. delivers 4.2 V. So that only a few z. B. 1 or 2 solar cells (DS) must be connected in series, the low output voltage is raised by a clock-controlled flyback converter (SW) to the charging voltage of the battery (AC) . So that this flyback converter (SW) does not constantly consume power, even if there is not enough solar power available, a test circuit is provided that only releases the control pulses of the flyback converter (SW) when there is sufficient solar power available.
Der Impulsgenerator (G 2) schaltet von der Batteriespannung (UB) periodisch einen Meßwiderstand (RM) an die Solarzellen (DS), wobei die Meßspannung über eine Koppeldiode (D 2) einem Schwellwertdetektor (SD) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal ein Flipflop (FF) setzt, dessen Ausgang einen Impulsgeber (IG) startet, der den Sperrwandler (SW) beaufschlagt. Die Schwelle des Schwellwertdetektors (SD) wird zweckmäßig so hoch gesetzt, daß die vom Sperrwandler (SW) zur Batterieladung abgegebene Leistung dessen Betriebsleistung überschreitet. Auf diese Weise läßt sich die Verlustleistung des Sperrwandlers (SW), die bei Dauerbetrieb etwa der halben Nutzleistung entspräche, durch den Bedarfsbetrieb auf unter 0,3% derselben verringern.The pulse generator (G 2 ) periodically switches a measuring resistor (RM) from the battery voltage (UB) to the solar cells (DS) , the measuring voltage being fed via a coupling diode (D 2 ) to a threshold value detector (SD) , the output signal of which is a flip-flop (FF ) sets, the output of which starts a pulse generator (IG) which acts on the flyback converter (SW) . The threshold of the threshold value detector (SD) is expediently set so high that the power output by the flyback converter (SW) for charging the battery exceeds its operating power. In this way, the power dissipation of the flyback converter (SW) , which would correspond to approximately half the useful power in continuous operation, can be reduced to below 0.3% by the demand operation.
Diese Schaltung kann auch in anderen Anwendungen vorteilhaft eingesetzt werden. This circuit can also be advantageous in other applications be used.
Fig. 7 zeigt eine Stellvorrichtung, die von der Motorsteuerung richtungsmäßig beaufschlagt wird. Vorzugsweise ein Gleichstrommotor (6) ist an einem Lagergestell (1) endseitig befestigt und ist mit seiner Welle (61) durch einen Mitnehmerstift (62) mit einer drehbar gelagerten Gewindehülse (3) verbunden, in der ein Gewindebolzen (4) eingeschraubt ist. Der Gewindebolzen (4) trägt seitliche Abflachungen (41), die mit gestellseitigen Stegen (5 a, 5 b) eine Verdrehsicherung bilden, wie Fig. 8 zeigt. Dieses Spindelgetriebe läßt sich auf bekannte Ventilköpfe von Heizvorrichtungen aufsetzen. Da die bekannten Ventile unterschiedliche Anfangslagen und Nutzhübe besitzen, ist es vorteilhaft vorgesehen, daß jeweils eine automatische Adaption des Stellsignales an den gegebenen Regelbereich und dessen Lage erfolgt. Die Steigung des Spindeltriebes ist so gewählt, daß das Getriebe selbsthemmend ist. Fig. 7 shows an actuating device which is acted upon by the engine control. A DC motor ( 6 ) is preferably attached at the end to a bearing frame ( 1 ) and is connected to its shaft ( 61 ) by a driver pin ( 62 ) with a rotatably mounted threaded sleeve ( 3 ) into which a threaded bolt ( 4 ) is screwed. The threaded bolt ( 4 ) carries lateral flats ( 41 ), which form an anti-rotation device with ridges ( 5 a , 5 b) on the frame, as shown in FIG. 8. This spindle gear can be placed on known valve heads of heating devices. Since the known valves have different starting positions and useful strokes, it is advantageously provided that the control signal is automatically adapted to the given control range and its position. The pitch of the spindle drive is selected so that the gear is self-locking.
In Fig. 9 ist die Abhängigkeit des Motorstromes (MI) von dem Spindelweg (WS) dargestellt, wobei ein federbelasteter Ventilstößel betätigt wird. Solange die Spindel den Ventilstößel nicht berührt, ist ein Leerlaufweg (WL) gegeben, auf dem ein relativ geringer Strombedarf vorliegt. In dem Arbeitshubweg (WH) nimmt der Motorstrom hingegen entsprechend der Federspannung linear über den Weg zu, und am Nullpunkt (NPS) des Hubweges (WH), an dem die Federvorspannung überwunden werden muß, sowie in der Endlage (EL 2) treten relativ steile Stromzunahmen über dem Weg auf. Zur automatischen Adaption wird die gesamte Stromcharakteristik während eines federspannenden Durchlaufes gemessen, wobei jeweils das Ende des ersten steilen Stromanstieges bei dem dazugehörigen ersten Motorstromwert (MI 1) und der Beginn des zweiten steilen Stromanstieges bei dem zugehörigen zweiten Motorstromwert (MI 2) durch differentielle Auswertung von über die Laufzeit periodisch ausgeführten Strommessungen ermittelt werden. Gleichzeitig zu der mittleren Stromstärke (MI) werden während des Durchlaufes laufend die kommutatorbedingten relativen Stromschwankungen, d. h. die Strommaxima oder -minima der Stromwelligkeit, ermittelt und gezählt und die Gesamtzahl der Kommutatorstromspitzen festgestellt, die in dem Arbeitshubweg (WH) lagen.In Fig. 9, the dependence of the motor current (MI) of the spindle path (WS) is shown, wherein a spring-loaded valve stem is actuated. As long as the spindle does not touch the valve tappet, there is an idle travel (WL) on which there is a relatively low power requirement. In the working stroke (WH) , on the other hand, the motor current increases linearly along the path according to the spring tension, and at the zero point (NPS) of the stroke (WH) , at which the spring preload has to be overcome, and in the end position (EL 2 ), there are relatively steep steps Electricity increases across the way. For automatic adaptation, the entire current characteristic is measured during a spring-tensioning run, with the end of the first steep current rise at the associated first motor current value (MI 1 ) and the beginning of the second steep current rise at the associated second motor current value (MI 2 ) by differential evaluation of current measurements carried out periodically over the duration are determined. At the same time as the mean current strength (MI) , the commutator-related relative current fluctuations, that is to say the current maxima or minima of the current ripple, are continuously determined and counted and the total number of commutator current peaks which were in the working stroke (WH) are ascertained and counted during the run.
Ein jeweils zur Regelung ermitteltes Regelsignal wird bezüglich eines vorgegebenen Regelsignalbereiches proportional zu der Gesamtzahl der ermittelten Kommutatorstromspitzen in eine Anzahl Kommutatorstromspitzen umgerechnet, und die Motorsteuerung wird dann jeweils ausgehend von einer gegebenen Ausgangslage des Stellgliedes in der entsprechenden Richtung bestromt und zwar mit einer solchen Dauer, bis durch eine laufende Stromverlaufauswertung eine entsprechende Anzahl von Kommutatorstromspitzen aufgetreten sind, so daß eine dem Regelsignal entsprechende Stellung erreicht ist. Dieser wird dann ein entsprechender Positionswert zugeordnet und für den nächsten Regelvorgang als Ausgangslage gespeichert. Auf diese Weise wird eine Regelung ohne Totgang erreicht, so daß dadurch stromzehrende Regelschwingungen entfallen. Außerdem läßt sich der Motor in einem großen Batteriespannungsbereich betreiben.A control signal determined in each case for regulation is proportional to a given control signal range to the total number of commutator current peaks determined in converted a number of commutator current peaks, and the Motor control is then based on a given Starting position of the actuator in the corresponding direction energized and with such a duration until through one current flow evaluation a corresponding number of Commutator current peaks have occurred, so that one Control signal corresponding position is reached. This will then assigned a corresponding position value and for the next control process saved as starting position. To this Control is achieved without lost motion, so that current-consuming control vibrations are eliminated. In addition, operate the engine in a wide battery voltage range.
Die Motorstromauswertung im Regelbetrieb geschieht vorzugsweise sowohl bezüglich der Kommutatorstromspitzen als auch bezüglich eines etwa auftretenden steilen mittleren Stromausstieges oder Stromabfalles, der im Vorlauf die Endlagen und im Rücklauf die Nullpunktlagen signalisiert, worauf eine entsprechend evtl. notwendige Korrektur der gespeicherten Ausgangslage erfolgt. Auf diese Weise werden etwa auftretende sich akkumulierende Positionsermittlungs- Fehler, die z. B. durch Kommutatorstörungen auftreten können, eliminiert. The motor current evaluation takes place in normal operation preferably both with respect to the commutator current peaks also with regard to a steep middle occurring Power outage or power drop, which in the lead the End positions and in return the zero positions are signaled, whereupon a corresponding correction of the stored starting position is done. That way any accumulating position determination Errors, e.g. B. can occur due to commutator interference, eliminated.
Eine automatische Bereichsermittlung und -anpassung läßt sich auch für einen Schrittmotor durch eine Stromverlaufauswertung vornehmen, jedoch ist ein Motor mit Gleichstrombetrieb insbesondere bei stark schwankender Batteriespannung günstiger.An automatic range determination and adjustment can be also for a stepper motor through a current profile evaluation make, however, is a motor with DC operation especially with strongly fluctuating battery voltage cheaper.
Das dargestellte Datenübertragungsverfahren läßt sich auch statt für Lichtsignale für akustische oder andere elektromagnetische Wellen vorteilhaft verwenden. Statt der einzelnen lichtelektrischen Sender und Empfänger in Nähe der Regler kann auch ein zentral erzeugtes moduliertes Lichtsignal über die Glasfaser zu einem zentralen Empfänger zur Auswertung zurückübertragen werden.The data transmission method shown can also be instead of for light signals for acoustic or others Use electromagnetic waves advantageously. Instead of the individual photoelectric transmitter and receiver near the Controller can also generate a centrally generated modulated light signal via the glass fiber to a central receiver for evaluation be transferred back.
Die zentrale Steuervorrichtung dient im Falle einer Gebäudeklimasteuerung in bekannter Weise einer Vorgabe der Raumtemperaturen entsprechend deren zeitlicher Nutzung und unter Berücksichtigung der jeweiligen Außen- und Gebäudeverhältnisse. Eine zentrale Optimierung der Steuerung unter Berücksichtigung der jeweils gegebenen Zeitkonstanten ist insbes. dann vorteilhaft möglich, wenn die Temperaturen, die im Bereich der einzelnen Regler gemessen werden, an die Zentralsteuervorrichtung übermittelt werden. Diese Übermittlung erfolgt vorteilhaft jeweils nur bedarfsweise auf Anforderung durch die Zentralsteuerung oder wenn eine Änderung eingetreten ist, so daß keine unnötige Sendeleistung auf der Reglerseite verbraucht wird.The central control device serves in the case of a Building climate control in a known manner a specification of Room temperatures according to their time use and taking into account the respective foreign and Building conditions. A central optimization of the control taking into account the given time constant is particularly advantageous if the temperatures, which are measured in the area of the individual controllers to which Central control device are transmitted. These Advantageously, transmission only takes place on demand Requested by the central controller or when there is a change has occurred, so that no unnecessary transmission power on the Controller side is consumed.
Die Frequenz des Taktgenerators, die Kapazitäten der Zähler und die Frequenz des Uhrtaktgebers werden den Erfordernissen der Regelgenauigkeit bzw. der Frequenzerkennung entsprechend gewählt.The frequency of the clock generator, the capacities of the counters and the frequency of the clock will be the requirements according to the control accuracy or frequency detection chosen.
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