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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern
eines Hausgeräts,
insbesondere eines Ventilstellantriebs eines Heizkörpers, mit
einer Übertragungseinrichtung
zur uni- oder bidirektionalen Übertragung
von Steuerbefehlen an mindestens eine externe Geräteeinheit
und einer Messeinrichtung, die an die Übertragungseinrichtung angeschlossen
ist, zum Ermitteln einer aktuellen Übertragungsqualität. Darüber hinaus
betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren
zum Steuern eines Hausgeräts.
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Bei
Heizungssteuerungen, bei denen Steuerungsdaten über ein unsicheres Übertragungsmedium (z.B.
Funk) übertragen
werden, kann es vorkommen, dass die Kommunikation zeitweise gestört ist.
In diesem Fall können
Werte beispielsweise für
die Ventilsteuerung verloren gehen. Eine einfache Wiederholung eines Steuertelegramms
zur Absicherung der Datenübertragung
führt nicht
immer zum Erfolg, da die Übertragungsstrecke
auch für
längere
Zeit gestört
sein kann, z.B. durch eine offene Stahltür eines Schranks nahe der Funkstrecke.
Außerdem
ist in vielen Funkbereichen der Duty Cycle begrenzt, oder die Sender
werden über
Batterien betrieben und müssen
zur Maximierung der Batterielebensdauer möglicht wenig senden. In beiden
Fällen ist
eine unnötige
Wiederholung von Telegrammen unerwünscht.
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Der
Betreiber der Heizungsanlage kann auftretende Regelungsfehler nicht
einfach erkennen; insbesondere dann nicht, wenn diese in seiner
Abwesenheit oder nachts auftreten. Falls beispielsweise ein Befehl zur
Ventilverstellung zur Temperaturabsenkung verloren geht, wird die
Solltemperatur nicht abgesenkt und die Regelgüte lässt nach. Verlieren Stellventile über längere Zeit
den Funkkontakt zu ihrer Steuerung, verfahren diese in der Regel
in einen "sicheren" Zustand (z.B. halb geöffnet).
Dies hat üblicherweise
zur Folge, dass der beheizte Raum viel zu warm wird. Dadurch entstehen
unnötige
Kosten, was häufig
erst viel später,
z.B. bei der nächsten
Heizkostenabrechung, bemerkt wird. Falls der Betreiber die Anlage
zur Heizkosteneinsparung erworben hat, wird dann gerade dieses Ziel
nicht erreicht.
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Aus
der Druckschrift
DE
195 45 973 A1 ist ein funkgesteuerter Heizungsregler bekannt,
der einen Empfänger
aufweist, welcher über
eine in einem bestimmten HF-Band liegende Funkstrecke mit einem
Thermostaten in Verbindung steht. Der Thermostat besitzt einen batteriegespeisten
Sender, durch welchen Funksignale an den Empfänger gesendet werden. Der Empfänger seinerseits
ist mit einer auf das HF-Band der Funkstrecke geeichten Kontrolleinheit
ausgerüstet,
welche die Stärke
der ankommenden Funksignale des Senders und/oder die in der Umgebung
des Empfängers
vorhandenen Störfelder
misst und akustisch bzw. optisch anzeigt. Es wird dort also nur
die aktuelle Übertragungsqualität gemessen
und angezeigt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Übertragungsqualität über einen
längeren Zeitraum
zu überwachen
und den Anwender zu befähigen,
eine gewisse Übertragungsqualität über einen
längeren
Zeitraum sicherzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst
durch eine Vorrichtung zum Steuern eines Hausgeräts, insbesondere eines Ventilstellantriebs
eines Heizkörpers,
mit einer Übertragungseinrichtung
zum uni- oder bidirektionalen Übertragen
von Steuerbefehlen an mindestens eine externe Geräteeinheit
und einer Messeinrichtung, die an die Übertragungseinrichtung angeschlossen
ist, zum Ermitteln einer aktuellen Übertragungsqualität, wobei
mit der Messeinrichtung eine Anzahl an Übertragungsversuchen pro vorgegebener
Zeiteinheit ermittelbar ist, eine Speichereinrichtung an die Messeinrichtung
angeschlossen ist, um für
mehrere Zeiteinheiten jeweils eine Anzahl von Übertragungsversuchen oder einen
entsprechenden Indikatorwert zu speichern, und eine Auswerteeinrichtung
an die Spei chereinrichtung angeschlossen ist, um einen Fehlerhäufigkeitswert aus
den mehreren gespeicherten Anzahlen oder Indikatorwerten für einen
vorgegebenen Zeitraum zu ermitteln.
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Darüber hinaus
wird erfindungsgemäß bereitgestellt
ein Verfahren zum Steuern eines Hausgeräts, insbesondere eines Stellventils
eines Heizkörpers,
durch Übertragen
von Steuerbefehlen an mindestens eine Geräteeinheit des Hausgeräts und Ermitteln
einer aktuellen Übertragungsqualität beim Übertragen
der Steuerbefehle, wobei eine Anzahl an Übertragungsversuchen pro vorgegebener
Zeiteinheit ermittelt wird, für
eine oder mehrere Zeiteinheiten jeweils eine Anzahl von Übertragungsversuchen
oder ein entsprechender Indikatorwert gespeichert wird, und ein
Fehlerhäufigkeitswert
aus der gespeicherten Anzahl oder aus mehreren gespeicherten Anzahlen
oder Indikatorwerten für
einen vorgegebenen Zeitraum ermittelt wird.
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In
vorteilhafter Weise ist es somit möglich, die Übertragungsqualität an Hand
von Fehlversuchen bei der Übertragung über einen
längeren
Zeitraum festzustellen und abhängig
davon gegebenenfalls Maßnahmen zu
ergreifen.
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Vorzugsweise
stellt der Fehlerhäufigkeitswert
die Summe der Anzahl der Übertragungsversuche
oder die Summe der Indikatorwerte für den vorgegebenen Zeitraum
dar. Dadurch kann eine einfache Qualitätsgröße gewonnen werden.
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Entsprechend
einer Weiterbildung kann die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung eine
Warneinrichtung aufweisen, um ein Warnsignal abzugeben, wenn der
Fehlerhäufigkeitswert
einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Damit kann eine gewisse Fehlertoleranz vorgegeben werden. Hierbei
ist es günstig, wenn
das Warnsignal eine Information über
die Übertragungsstrecke
und/oder über
die Anzahl von Übertragungsversuchen
oder den entsprechenden Indikatorwert beinhaltet. Somit lässt sich
im Störungsfall
die Störung
und dessen Schwere rasch erkennen und beheben.
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Weiterhin
kann gegebenenfalls ein maschinenverarbeitbares Warnsignal an ein übergeordnetes
Automatisierungssystem zur Anzeige oder Auswertung weitergeleitet
werden. Hierdurch wird eine Alarmierung über ein Netz ermöglicht,
da insbesondere bei größeren Gebäuden und
Anlagen eine lokale Alarmierung nicht sinnvoll ist.
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Ist
die Steuerungsvorrichtung über
einen Datenbus mit einem übergeordneten
Automatisierungssystem verbindbar, so kann ein Benutzer einen ermittelten
Fehlerhäufigkeitswert
von der Auswerteeinrichtung abrufen. Damit ist der Benutzer stets
in der Lage, die aktuelle Regelgüte
zu überprüfen.
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In
vorteilhafter Weise können
bei einer größeren Anlage
mit der Auswerteeinrichtung Fehlerhäufigkeitswerte für unterschiedliche Übertragungsstrecken
zu verschiedenen Geräteeinheiten
bzw. Aktoren parallel ermittelt werden. Damit lassen sich die einzelnen Übertragungsstrecken
individuell hinsichtlich ihrer Qualität beurteilen.
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Vorteilhafterweise
ist in der Speichereinrichtung die Anzahl an Übertragungsversuchen oder der
entsprechende Indikatorwert zusammen mit einem dazugehörigen Zeitstempel
(z.B. Datum) speicherbar. Die zeitliche Zuordnung des Qualitätswerts
zu einem Datum lässt
bessere Aussagen über
vorübergehende
Störungen zu.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung entspricht der Indikatorwert der Anzahl
an Übertragungsversuchen,
wenn diese Anzahl unterhalb eines vorgegebenen Maximalwerts liegt; andernfalls
ist der Indikatorwert höher.
Dadurch lassen sich beispielsweise andauernde Störungen anders bewerten als
sporadische Störungen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die
ein prinzipielles Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Heizungssteuerung
dargestellt.
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Das
nachfolgend näher
geschilderte Ausführungsbeispiel
stellt eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
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Die
in der Figur symbolisch wiedergegebene Steuerungsvorrichtung 1 besitzt
eine interne Steuereinheit 2, mit der die zu übertragenden
Steuerdaten generiert werden. Die Steuereinheit 2 ist mit
einem Sensor 14 verbunden, der die zu regelnde Messgröße (z.B.
die Raumtemperatur) ermittelt. Die Übertragung von Steuerdaten
(und ggf. der Empfang von Zustandsdaten von den Aktoren) erfolgt
drahtlos mit Hilfe einer Antenne 3 über Funkstrecken 4, 5, 6 zu
entsprechenden Stellventilen 7, 8, 9.
Eine in die Steuerungsvorrichtung 1 integrierte Messeinrichtung 10 misst
die Qualität
der jeweiligen Übertragungsstrecken, 4, 5, 6.
Hierzu werden gegebenenfalls Antworten der Stellventile 7, 8, 9 registriert.
Diese Antworten werden entweder direkt (über Zustandsrückmeldungen
der Stellventile), oder indirekt (über die Raumtemperaturänderung)
registriert. In einem angeschlossenen Speicher 11 werden
entsprechende Messwerte bzw. Indikatorwerte für die Übertragungsqualität abgespeichert.
Die Messeinrichtung 10 wird durch eine Uhr 12 zeitgesteuert,
und in dem Speicher 11 werden die zu einem Messwert gehörigen Zeiten-
bzw. Daten abgespeichert. Mit Hilfe einer Anzeige 13 kann der
Betreiber der Heizungsanlage gewarnt werden, wenn die Übertragungsqualität über einen
längeren
Zeitraum eine unzulässig
niedrige Qualität
besitzt. Alternativ zur Anzeige 13 ist auch eine akustische
Meldeeinrichtung denkbar. In einer weiteren Ausprägung der
Erfindung ist die Steuerungsvorrichtung 1 Teil eines Gebäudeautomatisierungssystems,
und z.B. über
EIB, LON, Ethernet usw. mit anderen Automatisierungsgeräten verbunden.
In diesem Fall kann die Steuerungsvorrichtung Alarmtelegramme erzeugen
und zur Anzeige z.B. an ein Statusdisplay einer Haussteuerung senden.
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Der
(Temperatur-)Sensor 14 in der Steuerungsvorrichtung 1 dient
einerseits zur Regelung der Raumtemperatur und andererseits bei
einer uni-direktionalen Funkstrecke zur indirekten Bestimmung der Übertragungsqualität über die
Raumtemperaturantwort. Die Übertragungsqualität ist über die
Raumtemperaturantwort in der Regel nur mit einer bidirektionalen
Funkstrecke bestimmbar (Datenübertragung
von der Steuerung zum Aktor und vom Aktor zur Steuerung).
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Durch
eine Messung, Auswertung und Anzeige der Übertragungsqualität kann der
Betreiber rechzeitig auf ein Problem der Übertragungsqualität aufmerksam
gemacht werden. Dabei reicht es nicht aus, die jeweils aktuell gemessene
Qualität
der Übertragung
anzuzeigen, da sich diese über
längere
Zeiträume
betrachtet ändern
kann. Daher wird hier die Anzahl der gestörten Übertragungen über einen
definierten Zeitraum zu einem Fehlerhäufigkeitswert aufsummiert.
Aus diesem Fehlerhäufigkeitswert
lässt sich
die durchschnittliche Qualität der Übertragungsstrecke
ermitteln. Sinnvollerweise unterscheidet man dabei zwischen zwei
Arten von gestörten Übertragungen:
- a) "Sporadische
Störungen" sind gestörte Datenübertragungen
mit weniger als oder genau n anschließenden Übertragungswiederholungen,
wobei die letzte vorgenommene Wiederholung erfolgreich ist.
- b) "Andauernde
Störungen" sind gestörte Datenübertragungen
mit genau n aneinander anschließenden
erfolglosen Wiederholungsversuchen.
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In
beiden Fällen
steht die Zahl n für
die größte zugelassene
Anzahl von Wiederholungen pro Datenübertragung.
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Bei
der Berechnung der Fehleranfälligkeit
bzw. Fehlerhäufigkeit
der Datenübertragung
(vgl. nachfolgende Beispiele) sind andauernde Störungen sinnvollerweise stärker zu
gewichten als sporadische, da es bei andauernden Störungen in
der praktischen Anwendung zu einem echten Verlust an Regeldaten
und damit einer Beeinträchtigung
der Funktionsfähigkeit
der Heizungssteuerung kommt. Sporadische Störungen hingegen belasten "nur" die Batterien des
Senders und erhöhen
die Regelzeiten des Systems.
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Die
nachfolgenden Beispiele dienen zur Veranschaulichung einer Berechnung
eines Fehlerhäufigkeitswerts
für eine
bestimmte Übertragungsstrecke.
Das vorgestellte Verfahren ist sehr einfach und daher z.B. auch
auf kostengünstigen
4-bit-Mikrocontrollern
implementierbar. Es sind auch andere statistische Verfahren zur
Berechnung der Fehlerhäufigkeiten
bzw. der Indikatorwerte denkbar. Die Beispiele beziehen sich jeweils auf
einen Beobachtungszeitraum von sechs Tagen. Zu jedem Beispiel sind
für das
jeweilige Datum die Anzahl der Fehlversuche und ein korrespondierender
Fehlerhäufigkeitsindikator
angegeben. Unter dem Begriff "Fehlversuche" wird die Anzahl
der festgestellten Wiederholungen pro Datenübertragung verstanden. Die
maximal zugelassene Anzahl von Wiederholungen n ist hier auf 5 begrenzt.
Das Datum der Übertragung
wird gespeichert, um Auswertungen über größere Zeiträume zu ermöglichen.
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Sinnvollerweise
wird der Fehlerhäufigkeitswert
für einen
bestimmten Zeitraum in festgelegten Intervallen rückblickend
berechnet. Im Beispiel werden die täglich ermittelten und gewichteten
Fehlversuchsanzahlen zu einem wöchentlichen
Indikatorwert aufsummiert, der selbst wiederum täglich aktualisiert wird.
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In
den dargestellten drei Beispielen beträgt der gesamte Zeitraum sechs
Tage und es wird für
jeden Tag ein Fehlerhäufigkeitsindikator
ermittelt. Fünf
Fehlversuche ("andauernde
Störungen") werden höher bewertet
als einzelne Fehlversuche ("sporadische
Störungen"). In den Beispielen
1 bis 3 wird jeder Fehlversuch mit einer Wertzahl 1 bewertet, wenn
es sich um eine sporadische Störung
handelt. Eine andauernde Störung wird
(entsprechend dem Beispiel 3) hingegen mit der Wertzahl 10 bewertet.
Die Fehlerhäufigkeitsindikatoren jedes
Tages werden summiert und beim Erreichen oder Überschreiten der Wertzahl 10
wird eine Warnung an den Benutzer ausgegeben. In den gewählten Beispielen
werden die Fehlerhäufigkeitsindika toren
jeweils für einen
Zeitraum von sechs Tagen rückwirkend
aufsummiert.
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Alternativ
kann der Fehlerhäufigkeitsindikator
pro Tag auch auf 0 gesetzt werden, wenn eine tolerable Anzahl an
Fehlversuchen nicht überschritten
wurde. Damit können
die Fehlerhäufigkeitsindikatoren
ständig ohne
Zeitbegrenzung aufsummiert werden, da im Nicht-Fehlerfall der gesamte
Fehlerhäufigkeitswert
dann nicht steigt. Dieser erhöht
sich lediglich im Falle von nicht tolerabel vielen Fehlversuchen
soweit, dass er letztlich den festgelegten Schwellwert überschreitet.
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Die
Gewichtung von Fehlversuchen und der Bewertungszeitraum sind an
das jeweils verwendete Funksystem anzupassen und hängen von
verschiedenen Faktoren wie Frequenzband, Duty Cycle, Sendeleistung
usw. ab. In dem Beispiel 1 wird kein Warnsignal ausgegeben, da der
Fehlerhäufigkeitswert
unter 10 liegt. Dem gegenüber
liegt der Fehlerhäufigkeitswert
im Beispiel 2 über
10, da bei jeder Datenübertragung
zwei Fehlversuche notwendig waren, so dass sich die Fehlerhäufigkeitsindikatoren
zu einem gesamten Fehlerhäufigkeitswert
von 12 aufsummierten. In dem Beispiel 3 tritt an einem Tag eine
andauernde Störung
auf, die mit einem Fehlerhäufigkeitsindikator
10 bewertet wird. Allein diese eine andauernde Störung an
einem einzigen Tag genügt,
um eine Warnung auszugeben, wenn als Schwellwert das Erreichen der
Wertzahl 10 gesetzt ist. In dem Beispiel 3 wird der Schwellwert
durch die Fehlversuche an den übrigen
Tagen jedoch weit überschritten,
so dass eine Warnung hier auf alle Fälle ausgegeben wird.
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Überschreitet
der Fehlerhäufigkeitswert
einer Übertragungsstrecke 4, 5, 6 (vgl.
Figur) einen gewissen Schwellwert, so wird der Benutzer entsprechend
gewarnt. In dieser Warnung werden die gestörte Übertragungsstrecke und gegebenenfalls
ein Qualitätsindikator
angegeben. Die Warnung kann beispielsweise den Text beinhalten: "Verbindung zum Ventilstellantrieb
im Wohnzimmer stark gestört". In diesem Fall
kann ein Installateur Maßnahmen
ergreifen, um die Erreichbarkeit der einzel nen Komponenten zu verbessern.
Beispielsweise kann der Installateur einen so genannten "Repeater" einsetzen, um die
räumliche
Abdeckung durch die Funksignale zu erhöhen. Nach der "Reparatur" können die
Fehlerhäufigkeitswerte
zurückgesetzt
werden, um die geänderte
Anlage bewerten zu können.
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In
vorteilhafter Weise kann der Betreiber geregelter oder gesteuerter
Hausgeräte
bzw. Aktoren, wie z.B. Heizkörper-Stellventile, Jalousienmotoren,
Lampen etc., durch die Überwachung
der Übertragungsqualität bei Störungen rechtzeitig
eingreifen und gegebenenfalls einen Installateur beauftragen, um
die Übertragungsqualität der Anlage
zu verbessern. Die Verbesserung kann, wie erwähnt, beispielsweise durch die
Installation eines oder mehrerer Repeater, durch Ändern der
Position der Steuerungsvorrichtungen 1 bzw. der jeweiligen
Aktoren oder durch Entfernen störender
Metallgegenstände
in der Funkstrecke erreicht werden. Im Falle einer Heizkörperregelung
werden für
den Betreiber Regelstörungen
frühzeitig
gemeldet und unnötig
hohe Heizkosten vermieden.