DE102006011127B4

DE102006011127B4 - Schaltschrankanordnung mit einer Schaltschranküberwachungseinrichtung

Info

Publication number: DE102006011127B4
Application number: DE102006011127A
Authority: DE
Inventors: Martin Rossmann; Heinrich Strackbein; Daniel Rosenthal
Original assignee: Rittal GmbH and Co KG
Current assignee: Rittal GmbH and Co KG
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: DE102006011127A1

Abstract

Schaltschrankanordnung mit zumindest einem Schaltschrank (2) und einer Schaltschranküberwachungseinrichtung (1), die zur Überwachung schaltschrankspezifischer Zustandsgrößen einschließlich Temperatur, Feuchte, Zugang, Vibration, Rauch, Strom und/oder Spannung ausgebildet ist und in mindestens einem Schaltschrank (2) angeordnete zentrale Überwachungs- und Steuerungskomponenten (30) aufweist, welche mit die Zustandsgrößen überwachenden Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) und ansteuerbaren Aktoren und/oder Meldeeinheiten in Datenübertragungsverbindung gebracht oder bringbar sind, wobei zumindest eine zentrale Überwachungs- und Steuerungskomponente als Basisstation (33, 40) mit einer drahtlosen Sende-/Empfangsschnittstelle ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Teil der Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) mit einer drahtlosen Sende- und/oder Empfangsschnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung zwischen den Sensoren und der Basisstation (33, 40) ausgestattet ist,
dass die Basisstation (33, 40) und die Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) mit einer Identifikationskennzeichnung versehen sind, die in einem Speicher der Basisstation und des betreffenden Sensors hinterlegt ist, und
dass zumindest zwischengeordnete Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) zum Abgeben einer Meldung...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltschrankanordnung mit zumindest einem Schaltschrank und einer Schaltschranküberwachungseinrichtung, die zur Überwachung schaltschrankspezifischer Zustandsgrößen einschließlich Temperatur, Feuchte, Zugang, Vibration, Rauch, Strom und/oder Spannung ausgebildet ist und in mindestens einem Schaltschrank angeordnete zentrale Überwachungs- und Steuerungskomponenten aufweist, welche mit die Zustandsgrößen überwachenden Sensoren und ansteuerbaren Aktoren und/oder Meldeeinheiten in Datenübertragungsverbindung gebracht oder bringbar ist, wobei zumindest eine zentrale Überwachungs- und Steuerungskomponente als Basisstation mit einer drahtlosen Sende-/Empfangsschnittstelle ausgebildet ist.
Eine derartige Schaltschrankanordnung mit einer Schaltschranküberwachungseinrichtung ist in der DE 101 19 637 A1 angegeben. Die Schaltschranküberwachungseinrichtung ist hierbei zum Überwachen schaltschrankspezifischer Funktionen ausgebildet, wobei schaltschrankspezifische Zustandsgrößen wie Temperatur, Feuchte oder Zugangskontrollgrößen mittels Sensoren erfasst und die an die zentrale Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung übertragenen Daten ausgewertet und entsprechende Meldungen abgesetzt oder Aktoren angesteuert werden. Die zentrale Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung, als Haupteinheit oder Mastergerät bezeichnet, ist dabei mit einer Sende-/Empfangsschnittstelle für eine drahtlose Übertragung, beispielsweise über eine Funkstrecke, versehen, um mit dezentralen Einheiten einschließlich einer Sensoranschlusseinheit, einer Türkontrolleinheit, einer Klimasteuerungseinheit, einer Bedienungseinheit, einer Energieversorgungseinheit und einer Adaptereinheit zu kommunizieren, die ebenfalls mit einer Schnittstelle für eine drahtlose Datenübertragung versehen sind. An die Sensoranschlusseinheit können die für die Überwachung der schaltschrankspezifischen Zustandsgrößen ausgebildeten Sensoren angeschlossen werden. Die drahtlose Datenübertragung lässt variable Anordnungsmöglichkeiten für die dezentralen Einheiten zu. Die dezentralen Einheiten werden wieder an weitere Komponenten der Überwachungseinrichtung angeschlossen, wodurch der Aufbau der Überwachungseinrichtung einen entsprechenden Aufwand erfordert.
In der DE 197 10 019 C2 ist eine weitere Schaltschranks- und Überwachungseinrichtung gezeigt, bei der an eine zentrale Steuerungseinrichtung verschiedene Sensoren drahtgebunden über eine Eingangsschnittstelle angeschlossen sind. Mit den Sensoren können die verschiedenen schaltschrankspezifischen Zustandsgrößen, wie Temperatur, Feuchte, Rauch, Strom oder Spannung, Öffnungszustand der Tür, Vibration oder Zugangsdaten erfasst werden. Ferner sind an die zentrale Steuerungseinrichtung verschiedene ansteuerbare Einheiten, wie Klimatisierungsgeräte, Spannungsversorgung oder Meldeeinrichtungen über entsprechende Schnittstellen angeschlossen. Mit diesen Maßnahmen ist der Schaltschrank an verschiedene Einsatzbedingungen flexibel anpassbar. Dabei ist aber Sorge zu tragen, dass die Überwachungseinrichtung den Einbauraum für den Anwender nicht behindert.
Die DE 101 07 482 A2 zeigt eine Vorrichtung zur Übermittlung, zum Austausch und/oder zur Weiterleitung von Daten in der industriellen Prozess und Automatisierungstechnik, bei der mehrere Einheiten einschließlich eines Transmitters bzw. eines Sensors zu einem Netzwerk direkt oder indirekt über zumindest eine zwischengeschaltete Einheit miteinander kommunizieren. Zwecks Auswahl eines optimalen Kommunikationsweges ist dabei vorgesehen, dass eine Einheit einmalig, sporadisch oder zyklisch die Leistungsfähigkeit eines Kommunikationsweges zu den unterschiedlichen direkt oder indirekt mit ihr kommunizierenden Einheiten ermittelt und die einzelnen Kommunikationswege mit unterschiedlicher Klassifizierung in einer zugeordneten Speichereinheit ablegt. Bei einer Ausgestaltungsvariante leitet eine Einheit die Daten an zumindest eine beliebige Einheit weiter und die jeweils die Daten empfangende Einheit leitet die Daten solange in gleicher Weise weiter, bis sie letztendlich die Einheit erreichen, an die die Daten adressiert sind. Auf diese Weise ergeben sich vielfältige Übertragungsmöglichkeiten, wobei überlastete Übertragungswege vermieden werden können. Jedoch sind auch hierbei die Einheiten relativ aufwändig ausgestaltet, da sie zur Ausführung vielfältiger Funktionen ausgebildet sind. Andererseits sind tiefgehende Auswertungen und Überwachungsaufgaben mit einem solchen System schwerlich durchführbar, da die einzelnen Einheiten zur Verarbeitung großer Datenmengen für eine zuverlässige Überwachung aufwändig ausgelegt sein müssten.
In der DE 102 21 179 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur fehlergestützten Bedienung und Kommunikation eines medizinischen Diagnose- und Therapiegerätes durch eine mobile Konsole dargestellt. Das Diagnose- und Therapiegerät kommuniziert mit mindestens einer Konsole, wobei das Gerät und die Konsole eine eindeutige Identifikationsnummer aufweisen und diese zur eindeutigen Identifizierung zumindest bei einem ersten Verbindungsaufbau übertragen werden. Die Initialisierung wird dabei durch eine manuelle Betätigung am Gerät oder eine manuelle Betätigung an einer Konsole oder an beiden vorgenommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltschrankanordnung der eingangs genannten Art bereit zu stellen, die mit möglichst wenig Aufwand für den Anwender flexible Anpassungsmöglichkeiten an verschiedene Einsatzbedingungen mit zuverlässiger Funktion ergibt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Sensoren mit einer drahtlosen Sende- und/oder Empfangsschnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung zwischen den Sensoren und der Basisstation ausgestattet ist, dass die Basisstation und die Sensoren mit einer Identifikationskennzeichnung versehen sind, die in einem Speicher der Basisstation und des betreffenden Sensors hinterlegt ist, und dass zumindest zwischengeordnete Sensoren zum Abgeben einer Meldung an die Basisstation in bestimmten Zeitabständen ausgebildet sind, die zur Funktionsüberwachung ausgewertet wird.
Mit diesen Maßnahmen können die Sensoren ohne Zwischenschaltung zusätzlicher Komponenten auf einfache Weise an geeigneter Stelle für die Überwachung schaltschrankspezifischer Zustandsdaten geeignet positioniert werden. Die Verwaltung und eindeutige Zuordnungen werden unterstützt.
Ist dabei vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Sensoren zum drahtlosen Empfang von Daten anderer Sensoren und zum drahtlosen oder drahtgebundenen Weiterleiten der empfangenen Daten direkt oder über zwischengeordnete Sensoren an die Basisstation ausgebildet ist, so können von zumindest einigen Sensoren, die ihrerseits für die Erfassung bestimmter Zustandsgrößen ausgebildet sind, nach Art von Netzknoten Zusatzfunktionen für die Übertragung übernommen werden, wobei sie eine Art Repeater-Funktion gegebenenfalls mit Signalverstärkung für die Datenübertragung erfüllen. Damit können durch eine Art Kaskadierung auch größere Datenübertragungsstrecken von z. B. bis zu 50 m oder auch mehr überbrückt werden. Durch diesen Aufbau kann die Sende-/Empfangsleistung relativ gering gehalten werden, so dass auch die in den Sensoren vorhandene Energiequelle, z. B. Batterie, möglichst wenig belastet wird und die Energieversorgung über lange Zeit (über mehrere, z. B. 5 oder 10 Jahre) gesichert ist. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, die Sensoren mit Energiewandlern auszustatten, wofür ebenfalls eine geringe Leistungsaufnahme günstig ist.
Für die Steuerung der Schaltschrankfunktionen, beispielsweise Klimatisierung und/oder Feuchte, oder zur frühzeitigen Erkennung Gefahren verursachender Zustände ist des Weiteren die Maßnahme von Vorteil, dass zumindest ein Teil der Sensoren außerhalb des Schaltschranks zum Erfassen die Schaltschrankfunktion beeinflussender Zustandsgrößen anordenbar und in drahtlose Datenübertragungsverbindung mit der Basisstation bringbar sind.
Vorteilhafte zusätzliche Ausgestaltungsmöglichkeiten, die sich ergeben, bestehen darin, dass zum Erfassen schaltschrankfremder Messgrößen weitere Sensoren vorgesehen sind, die zur drahtlosen Datenübertragung direkt oder indirekt über mindestens einen zwischengeordneten Sensor zu der Basisstation ausgebildet sind. Beispielsweise können auf diese Weise Messgrößen in einem Rechenzentrum oder in einer Industrieanlage erfasst und getrennt weitergemeldet werden.
Dabei ist für die Datenaufbereitung und Behandlung der gewonnenen Informationen die Ausgestaltung günstig, dass die weiteren Sensoren mit einer in die Datenübertragung einbindbaren Kennung zur Unterscheidung von den die schaltschrankspezifischen Zustandsgrößen erfassenden Sensoren versehen sind, die von zumindest einer zentralen Überwachungs- und Steuerungskomponente auswertbar ist.
Für eine eindeutige, geordnete und sichere Datenübertragung sind die Maßnahmen von Vorteil, dass die Basisstation und/oder die zwischengeordneten Sensoren mit einer Routerfunktion zum Zuordnen der Datenübertragung zwischen Sender und Empfänger versehen sind.
Eine eindeutige Zuordnung zwischen Basisstation und Sensoren, die ebenfalls zur Betriebssicherheit beiträgt, wird dadurch erreicht, dass die Basisstation mit einem Anlernmodus versehen ist, in dem einem anzulernenden Sensor zum Vorbereiten des drahtlosen Datenaustausches mit der Basisstation eine Anweisung übersandt wird, dass dieser ein bestimmtes Nachrichten-Paket sendet, auf das die Basisstation antwortet, und dass der Anlernmodus durch einen Eingabebefehl des Benutzers einschaltbar und wieder ausschaltbar ist.
Ferner wird eine sichere Funktion dadurch unterstützt, dass die Sensoren und die Basisstation Zeitangabebausteine aufweisen und dass die Basisstation zum Senden von Zeitangaben an die Sensoren ausgebildet ist zur zeitlichen Synchronisierung der Sensoren untereinander.
Die Installation der Schaltschranküberwachung wird dadurch begünstigt, dass der Schaltschranküberwachungseinrichtung ein Feldstärke-Messgerät zugeordnet ist, mit dem die Qualität der Funkverbindung zwischen dem Basisgerät und den Sensoren und den gegebenenfalls zwischengeordneten Sensoren überprüfbar ist.
Für die Positionierung und Montage sind des Weiteren die Maßnahmen von Vorteil, dass die Sensoren ein Sensorgehäuse mit einheitlichem Koppelabschnitt aufweisen, dass Verbindungsstücke mit an den Koppelabschnitt angepasstem Verbindungsabschnitt vorgesehen sind und dass die Sensoren über die Verbindungsstücke mit einem Träger verbindbar sind. Die Verbindungsstücke können dabei mit verschiedenen Befestigungsmöglichkeiten an einem Träger bzw. Untergrund ausgerüstet sein, beispielsweise für eine Klebeverbindung, Klettverbindung, Schnurverbindung oder Schraubverbindung.
Zu einem einfachen Aufbau der Sensoren und Einheiten und einer sicheren Datenübertragung tragen die Maßnahmen bei, dass zur Datenübertragung eine Mischung aus Amplituden-, Frequenz- und Phasenmodulation unter Bandspreizung verwendet ist, wobei das Signal über das Übertragungsband verteilt ist. Dabei können wichtige Teile der Sender und Empfänger mit einfachen analogen Elementen ausgebildet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schaltschrankanordnung mit zwei Schränken und einer Schaltschranküberwachungseinrichtung in schematischer Darstellung,
2 eine Sensoreinheit mit Sensorgehäuse und Verbindungsstück in auseinander genommener und zusammengesetzter Darstellung,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schaltschrankanordnung mit Schaltschranküberwachungseinrichtung und
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schaltschrankanordnung mit Schaltschranküberwachungseinrichtung.
1 zeigt eine Schaltschrankanordnung mit zwei Schaltschränken 2 und einer dieser zugeordneten Schaltschranküberwachungseinrichtung 1. In dem einen Schaltschrank ist eine Basisstation in Form eines Basisgeräts 40 mit einer extern an dem Schaltschrank angeordneten und mit dem Basisgerät 40 verbundenen Antenne 41 sowie eine zentrale Einheit 30 aus zentralen Überwachungs- und Steuerungskomponenten mit einer internen Antenne 31 angeordnet. Wie die 3 und 4 zeigen, weist die Einheit 30 verschiedene zentrale Überwachungs- und Steuerungskomponenten mit einer weiteren Basisstation in Form eines weiteren Basisgeräts 33, einer Ein-Ausgabe-Einheit 32 und einer Verarbeitungseinheit 34 auf. Mit der zentralen Einheit 30 bzw. deren Basisgerät 33 und dem weiteren Basisgerät 40 stehen verschiedene Sensoren einer Sensoranordnung 50 in drahtloser Datenübertragungsverbindung, wobei nach 1 in dem Schaltschrank angeordnete Sensoren über die interne Antenne 31 mit der zentralen Einheit 30 in Datenübertragungsverbindung gebracht sind, während externe Sensoren über die externe Antenne 41 mit dem weiteren Basisgerät 40 in Datenübertragungsverbindung gebracht sind. In dem zweiten Schaltschrank angeordnete weitere Sensoren können über die interne Antenne 31 mit der zentralen Einheit 30 kommunizieren, wenn z. B. die im Übergangsbereich zwischen den beiden Schaltschränken 2 befindlichen Seiten offen sind. Andernfalls könnte z. B. die Datenübertragung über eine weitere externe Antenne 41 an dem zweiten Schaltschrank und die externe Antenne 41 an dem anderen Schaltschrank erfolgen. Die Sensoren umfassen mindestens einen Feuchtesensor 50.1, einen oder mehrere Temperatursensoren 50.2, einen z. B. auf Vibrationen reagierenden Vandalismussensor 50.5, einen Zugangssensor 50.6, einen Sensor zur Weitergabe digitaler Signale, wobei der Sensor zur Erfassung einer bestimmten Zustandsgröße, beispielsweise der vorstehend genannten oder einer anderen Art ausgebildet ist. Außerdem weist der zweite Schaltschrank 2 einen gesicherten Türverschluss 4 sowie eine Zugangskontrolleinheit 3 z. B. für die Eingabe eines Zahlencodes, das Lesen einer Codekarte oder mit Transponderfunktion auf.
In den 3 und 4 sind außerdem weitere Sensoren zum Erfassen schaltschrankfremder Messgrößen oder Zustandsgrößen gezeigt, nämlich ein Lichtsensor 60.1, ein Zähler 60.2 für Produkte eines Fertigungsprozesses, ein Abgassensor 60.3, Füllstandssensoren 60.4 sowie ein externer Temperatursensor 60.5. Auch diese weiteren Sensoren für schaltschrankfremde Messgrößen, z. B. in einem Rechenzentrum oder in einer Industrieanlage, sind in besonderer Weise so ausgebildet, dass sie mit dem Basisgerät 33 bzw. dem weiteren Basisgerät 40 über entsprechende Sende-/Empfangsschnittstellen des Basisgerätes 33, 40 in drahtlose Datenübertragung treten können.
In 2 ist eine Sensoreinheit 10 aus einem ein Sensorelement beinhaltenden Sensorgehäuse 11 und einem Verbindungsstück 20 näher dargestellt. Das Sensorgehäuse 11 ist auf seiner Rückseite mit einem Koppelabschnitt 12 zum Einschieben und Verrasten des Verbindungsstückes 20 versehen, das einen an den Koppelabschnitt angepassten Verbindungsabschnitt aufweist. Zum Einschieben des Verbindungsstücks 20 weist der Koppelabschnitt 12 Führungsabschnitte 12.1, 12.2 und ein Arretierelement 12.3 auf. Der Koppelabschnitt 12 kann an dem Sensorgehäuse 11 angeformt oder mittels Befestigungselementen 12.4 angebracht sein. Ferner ist ein Kontrollelement 12.5 z. B. in Form eines Leuchtelementes oder Tasters an dem Koppelabschnitt vorgesehen, so dass z. B. ein montierter Zustand überprüft werden kann. An den entgegen der Einführrichtung liegenden stirnseitigen Enden der Führungsabschnitte 12.1, 12.2 besitzen diese einen jeweiligen Anschlag 12.6, an den das Verbindungsstück 20 in eingeschobenem Zustand mit einem Gegenanschlag 20.3 in Anlage kommt, so dass sich ein definierter Sitz ergibt. Auch das Verbindungsstück 20 ist mit Führungsabschnitten 20.1, 20.2 ausgestattet, die komplementär zu den Führungsabschnitten 12.1, 12.2 des Koppelabschnittes 12 ausgestaltet sind. Zum Anbringen auf einer Unterlage bzw. einem Träger ist das Verbindungsstück auf seiner von dem Sensorgehäuse 11 abgekehrten Außenseite mit einem Klebeverbinder 25 versehen, dessen Klebefläche im nicht gebrauchten Zustand mit einer entfernbaren Schutzfolie abgedeckt ist. Für verschiedene Montagemöglichkeiten können unterschiedliche Verbindungsstücke 20 vorgesehen sein, die jeweils gleiche Verbindungsabschnitte zur Anbringung an dem Koppelabschnitt 12 aufweisen, aber verschiedene Befestigungsabschnitte zum Anbringen an dem Träger, beispielsweise für eine Schraubverbindung, eine Gurtverbindung, eine Einhängeverbindung oder eine Klettverbindung oder dgl..
Für die Datenübertragung zwischen den Sensoren und dem Basisgerät 33 bzw. 40 ist vorteilhafterweise eine Funkverbindung vorgesehen, mit der, im Gegensatz beispielsweise zu einer Infrarotverbindung, die prinzipiell auch in Frage kommen könnte, keine Sichtverbindung erforderlich ist. Ein störsicheres Übertragungsverfahren wird durch kombinierte Modulationsverfahren erreicht. Um bei geringer Sende- bzw. Empfangsleistung auch größere Reichweiten von z. B. einigen 10 m in geschlossenen Räumen wie Industriehallen oder Rechenzentren überbrücken zu können, sind zumindest einige Sensoren neben ihrer Sensorfunktion mit einer Art Relaisfunktion bzw. Routerfunktion zum Empfang von Daten eines anderen Sensors und Weiterleiten desselben zu einem weiteren Sensorknoten oder zu dem Basisgerät 33, 40 ausgebildet. Die Daten werden verschlüsselt und abhörsicher gesendet. In die Datenübertragung können durch entsprechende Anpassung der Protokolle und Kennungen die weiteren Sensoren für die schaltschrankfremden Messgrößen eingebunden werden, so dass vermittels der Schaltschranküberwachungseinrichtung 1 dem Anwender die Möglichkeit eröffnet wird, auch weitere Überwachungsfunktionen seiner Industrieanlage oder eines Rechenzentrums zu erfüllen. Die Verwaltung in dem Basisgerät bzw. den weiteren Komponenten der zentralen Einheit 30 ist vorteilhafterweise in Verbindung mit dem Sensornetzwerk selbst organisierend ausgebildet. Dabei besteht eine besondere Ausgestaltung darin, dass eine Kontrolleinrichtung für eine Ortsveränderung von Sensoren oder damit ausgestatteten Gerätekomponenten vorgesehen ist.
Für die Funkübertragung sind in den verschiedenen Funk-Modulen Funk-Sender-Empfängereinheiten, Steuereinheiten, nicht flüchtige Speicher für die Hinterlegung relevanter Daten, Sende- bzw. Empfangsantenne, Energieversorgung und gegebenenfalls Taster in einem Gehäuse beispielsweise aus Kunststoff untergebracht. Der nicht flüchtige Speicher dient der Aufnahme von Produktionsdaten, Identifikationsnummern und Adressinformationen des Basisgerätes und kann in einem Controller integriert sein.
Auch das Basisgerät 33, 40 weist eine Funk-Sende-Empfangseinheit, eine Steuereinheit und einen nicht flüchtigen Speicher in einem Gehäuse, beispielsweise aus Kunststoff auf. An dem Gehäuse sind Taster und Leuchtanzeigen angeordnet. Die Sende- bzw. Empfangsantenne ist integriert oder aufgesteckt. Auch kann an demselben Basisgerät ein zweiter Anschluss für eine zweite Antenne angebracht sein, so dass die eine Antenne innerhalb und die andere außerhalb des Schaltschrankes 2 angeordnet werden kann. Die Energieversorgung des Basisgerätes erfolgt über den Anschluss zu der Verarbeitungseinheit 34 oder aber eine separate Energieversorgung über einen Versorgungsspannungseingang beispielsweise für den Fall, dass das Basisgerät nicht an die Verarbeitungseinheit 34 angeschlossen ist und eine Repeater-Funktion übernimmt. Auch hierbei dient der nicht flüchtige Speicher der Aufnahme von Produktionsdaten, Identifikationsnummer sowie außerdem variierbarer Konfigurationsdaten der Sensoren. Die Firmware des Basisgerätes ist über eine Schnittstelle zu der Verarbeitungseinheit 34 aktualisierbar.
Die Funk-Übertragungs-Parameter beinhalten grundsätzlich eine bidirektionale Übertragung für einen Handshake. Mess- und Statuswerte werden übertragen, wenn sich Änderungen ergeben. Für die Funktionsüberwachung insbesondere der Sensoren werden in Zeitabständen kürzer als eine Stunde, beispielsweise etwa alle 10 Minuten, Meldungen gesendet.
Die durch zwischengeordnete Sensoren gebildeten Funk-Knoten sind vorzugsweise mit integrierter Batterie ausgestattet. Alternativ können auch Wandlereinheiten vorgesehen sein, die z. B. Licht oder Wärme in elektrische Energie für den Betrieb der Sensoren wandeln. Die Spannungsversorgung des Basisgerätes 33 bzw. 40 wird überwacht. Fällt die Versorgungsspannung von z. B. 24 V auf einen Wert von z. B. unter 16 V ab, erfolgt eine Meldung an die Verarbeitungseinheit 34. Die Batteriekapazität der Funk-Knoten ist z. B. für 5 oder 10 Jahre wartungsfreien Betrieb ausgelegt. Die Batteriekapazität im Funk-Modul wird überwacht und es wird rechtzeitig eine Meldung über nachlassende Kapazität an das Basisgerät abgegeben.
Außerdem ist vorgesehen, dass Funk-Protokolle wiederholt werden, wenn festgestellt wird, dass sie fehlerhaft übertragen werden oder verloren gegangen sind. Die Datenübertragung erfolgt verschlüsselt, um ein Abhören zu verhindern.
Das Basisgerät 33, 40 ist so ausgebildet, dass es in einen Anlernmodus geschaltet werden kann. Dies geschieht durch längeren Tastendruck, wonach der Anlernmodus angezeigt wird. Durch einen Tastendruck an dem dann zugeordneten, anzulernenden Sensor verbindet sich dieser mit der Basisstation in Form eines Basisgerätes, indem ein spezielles Funknachricht(Broadcast)-Paket gesendet wird, auf das das Basisgerät antwortet und dem Funk-Modul seine Adresse bekannt gibt. Das Funk-Modul speichert die Adresse des Basisgerätes in seinem Festspeicher. Das Basisgerät ist vorteilhaft so ausgebildet, dass neue Sensoren als Konfigurationsänderung an die Verarbeitungseinheit 34 weitergemeldet werden. Durch erneuten langen Tastendruck wird das Basisgerät wieder in den Normalbetrieb versetzt, in dem die Broadcast-Pakete der Funk-Module ignoriert werden. Der Anlernvorgang wird von der Verarbeitungseinheit 34 gesteuert, so dass die Verarbeitungseinheit auch die Entscheidung trifft, ob ein neuer Sensor von dem Basisgerät akzeptiert und in die Verwaltung aufgenommen wird oder nicht. Außerdem ist vorgesehen, dass bei dem Anlernvorgang über ein gesichertes Verfahren Schlüssel ausgetauscht werden, mit denen die Vertraulichkeit und Authentizität der Funk-Protokolle gewährleistet werden. Die Datenübertragung ist so abgesichert, dass Funk-Module, die nicht explizit an dem Basisgerät angelernt wurden, von dem Basisgerät ignoriert werden. Die Imitierung oder Wiederholung von Funk-Paketen anderer Sensoren wird von dem Basisgerät 33, 40 abgefangen.
Die Netzstruktur kann so ausgelegt sein, dass nur direkte Verbindungen der Funk-Module zur Basisstation möglich sind. Vorzugsweise ist die Netzstruktur aber so ausgelegt, dass mit den durch die zwischengeordneten Sensoren gebildeten Funk-Knoten auf der gleichen Hardware-Basis sogenannte Multi-Hop-Netzwerke mit baumförmiger Struktur aufgebaut werden können. Für den Fall, dass das Basisgerät nicht mit der Verarbeitungseinheit 34 in Verbindung gebracht ist, kann sie über eine Fronttaste in einen Repeater-Betrieb versetzt werden, so dass es Funk-Protokolle der Verarbeitungseinheit 34 weiterleiten kann. Auch unter Verwendung von als Repeater arbeitendem Basisgerät 33, 40 kann das System multi-hop-fähig gestaltet sein. Für ein Routing kann ein sogenanntes Cluster-Tree-Verfahren vorgesehen sein. Außerdem ist das System vorteilhaft so vorbereitet, dass nicht nur das Basisgerät sondern alle Funk-Module mit Multi-Hop- und Routing-Fähigkeit ausgestattet sind. Ferner ist die Ausbildung derart, dass die Route des Basisgerätes 33, 40 über das Routing-Verfahren bestimmt wird, ohne dass in den einzelnen Funk-Modulen die Adressen der zur Verfügung stehenden Router fest konfiguriert sein muss.
Sowohl das Basisgerät 33, 40 als auch die als Funk-Module arbeitenden Sensoren bzw. gegebenenfalls auch Aktoren erhalten einen eindeutigen Identifikationscode und einen eindeutigen Code als Typbezeichnung. Die Identifikationsnummern bzw. der Identifikationscode werden während der Fertigung vergeben und in dem nicht flüchtigen Speicher abgelegt.
Wenn keine Daten übertragen werden, geben die Funk-Knoten selbstständig im Abstand von z. B. 10 Minuten eine Meldung ab, so dass das Basisgerät 33, 40 die Funktion des Funk-Moduls überwachen kann. Wird von einem Funk-Modul zu der erwarteten Zeit keine Meldung mehr empfangen, gibt das Basisgerät eine Zeitablauf-Meldung an die Verarbeitungseinheit 34 weiter.
Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass sich die Funk-Module untereinander synchronisieren, indem das Basisgerät in regelmäßigen Abständen ein Zeitsignal aussendet, das zur Einstellung der Zeitabgabe-(Timer-)Bausteine der Funk-Module genutzt wird. Das von dem Basisgerät ausgesendete Zeitsignal wird bei Multi-Hop-Netzwerken von den als Repeater arbeitenden Funk-Knoten weitergereicht.
Besondere Merkmale der Sensoren bestehen darin, dass der Digitaleingangs-Sensor ein extern aufgeschaltetes potentialfreies Digitalsignal weitermeldet. Vorteilhaft ist der Sensor umschaltbar zwischen normal offen und normal geschlossen. Die Umschaltung wird über eine Kabelbrücke auf dem Stecker durchgeführt und softwaremäßig umgesetzt. Bei dem Funk-Modul kann die Umschaltung auch auf andere Weise erfolgen. Abhängig von der Einstellung normal offen oder normal geschlossen ist der geschlossene bzw. geöffnete Zustand der Alarmzustand. Der Alarmzustand wird sofort registriert und schnellstmöglich gesendet. Geht das Signal auf den Normalzustand zurück, kann die Auswertung und Weitermeldung mit einer Verzögerungszeit von z. B. einigen 10 Sekunden erfolgen. Durch geeignete Schaltungstechnik ist sichergestellt, dass ein ausreichend großer Prüfstrom zur Auswertung des potentialfreien Eingangs genutzt wird, ohne die Batteriekapazität zu stark zu belasten.
Der Vandalismus-Sensor 50.5 ist vorteilhaft so ausgelegt, dass er auf Vibrationen reagiert und bei Überschreitung eines Grenzwertes einen Alarm meldet. Bei Vibrationen werden Digitalimpulse geliefert, die aufaddiert und auf einen einstellbaren Grenzwert überprüft werden.
Bei dem Zugangs-Sensor 50.6 handelt es sich um einen solchen mit Digitaleingang, der z. B. mit einem Reed-Kontakt beschaltet wird. Funktional verhält sich der Sensor wie ein Digitaleingangs-Sensor. Alarmzustand herrscht, wenn die Tür geöffnet ist, d. h. der Magnet sich nicht in der Nähe des Reed-Kontakts befindet.
Bei der Verriegelung mit Prioritätsfunktion (Masterkey-Verriegelung) erfolgt die Freigabe in energiesparender Weise und ein elektronischer Taster, eine zweifarbige Status-LED sowie ein Funk-Modul und eine Batterie sind integriert. Ein Freigabe-Knopf ist so ausgeführt, dass er immer betätigt werden kann und dabei ein elektronisches Signal ausgibt, das von dem Funk-Modul ausgewertet wird, um eine Freigabe-Anfrage an das Basisgerät 33, 40 zu erzeugen sowie ein optisches Signal auszugeben. Der Freigabe-Knopf betätigt im Normalzustand nicht den Verriegelungshebel. Das Funk-Modul wartet nach dem Aussenden der Freigabeanfrage auf eine Rückmeldung von dem Basisgerät 33, 40, das meldet, ob die Tür entriegelt werden darf oder nicht. Falls nicht, wird dies z. B. durch ein rotes Dauerlicht für einige Sekunden angezeigt. Falls ja, wird dies z. B. durch ein grünes Dauerlicht für einige Sekunden angezeigt und die Verriegelung umgeschaltet, so dass durch erneuten Druck auf den Freigabeknopf der Verriegelungshebel mechanisch betätigt werden kann. Falls die Basisstation unerwartet nicht antwortet, wird dies für einige Sekunden z. B. durch rotes Blinken gemeldet.
Bei einem Tastenfeld der Zugangskontrolleinheit 3 erfolgt eine optische Rückmeldung bei Tastendruck z. B. über eine Leuchtdiode. Die eingegebene Zahlenfolge wird zwischengespeichert und nach Druck auf die Eingabetaste übertragen. Ein Druck auf eine Rücksetztaste setzt die zwischengespeicherte Zahlenfolge zurück. Alternativ kann jeder Tastendruck übertragen werden und die Zusammenstellung zu einer kompletten Zahlenfolge in dem Basisgerät erfolgen.
Bei dem Spannungs- und/oder Strom-Sensor 50.7 erfolgt die Versorgung über einen Spannungseingang, wobei die Versorgung vorteilhaft gepuffert ist, so dass das Funk-Modul auch dann noch einige Zeit arbeiten kann, wenn die Versorgungsspannung ausfällt. Optional ist eine zusätzliche Strommessung integriert.
Zu einer energiesparenden Ausbildung der Sensoren, der Netzknoten bzw. Einheiten, insbesondere deren Sender- und Empfängerteile, trägt auch ein besonderes Modulationsverfahren bei, das zudem einen vereinfachten Aufbau der Sender- und Empfängerteile mit analogen Elementen ermöglicht und eine sichere Datenübertragung unterstützt. Bei dem Modulationsverfahren werden an sich etablierte Methoden mit einer Mischung aus Amplituden-, Frequenz- und Phasenmodulation unter Bandspreizung (Chirp Spread Spectrum) kombiniert, die das Signal insbesondere gleichmäßig über das komplette Übertragungsband von in der Regel 2,4 GHz verteilt. So kann eine digitale Signalverarbeitung umgangen werden. Während bei derzeit üblichen Modulationen störende Signal-Echos aufwändig digital herausgerechnet werden, wird bei diesem Modulationsverfahren das gesamte Übertragungsband (2,4 GHz) breitbandig mit Chirp-Impulsen erfüllt, wodurch Verluste in sich löschenden Signalbereichen (Fading) durch Gewinne in Bereichen konstruktiver Überlagerung mittels eines speziellen SAW (Surface Acoustic Wave) kompensiert werden. Dies gelingt bei den hier vorliegenden geringen Datenraten vorteilhaft ohne störende Intersymbolinterferenzen. Die Empfangsgüte hängt dabei nur wenig von der Aufstellung der Antenne ab, man muss sie nicht versetzen, um (wie bei analogen AV-Funk-Brücken) blinde Empfangspositionen zu meiden. Echo-Kompensation und aufwändige Hardware-Signalverarbeitung werden vermieden. Das Modulationsverfahren und die damit verbundene Technik ergeben einen geringen Energieverbrauch und dabei relativ hohe Reichweiten. Im Empfangsbetrieb kommt die Datenübertragungstechnik z. B. mit einem maximalen Strom von 11 mA aus, zum Senden wird z. B. nur ein Strom von 50 mA benötigt. Dabei wird in den relativ langen „Schlaf”-Phasen, da die Daten unter Kontrolle der Sensorsteuerung üblicherweise nicht fortlaufend, sondern nur sporadisch übertragen werden, nur ein Strom von etwa 1 μA verbraucht. Hierdurch wird eine lange Lebensdauer der Batterie über Jahre unterstützt.
Zur Unterstützung bei der Inbetriebnahme der Schaltschranküberwachungseinrichtung 1 ist ein Feldstärke-Messgerät vorgesehen, das die Verbindungsqualität zwischen den Funk-Modulen und dem Basisgerät bzw. einem erreichbaren Repeater-Modul misst, bewertet und als prozentualen Wert darstellt. Damit wird der Anwender in die Lage versetzt, die optimale Position für ein zu installierendes Funk-Modul zu finden.

Claims

Schaltschrankanordnung mit zumindest einem Schaltschrank (2) und einer Schaltschranküberwachungseinrichtung (1), die zur Überwachung schaltschrankspezifischer Zustandsgrößen einschließlich Temperatur, Feuchte, Zugang, Vibration, Rauch, Strom und/oder Spannung ausgebildet ist und in mindestens einem Schaltschrank (2) angeordnete zentrale Überwachungs- und Steuerungskomponenten (30) aufweist, welche mit die Zustandsgrößen überwachenden Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) und ansteuerbaren Aktoren und/oder Meldeeinheiten in Datenübertragungsverbindung gebracht oder bringbar sind, wobei zumindest eine zentrale Überwachungs- und Steuerungskomponente als Basisstation (33, 40) mit einer drahtlosen Sende-/Empfangsschnittstelle ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) mit einer drahtlosen Sende- und/oder Empfangsschnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung zwischen den Sensoren und der Basisstation (33, 40) ausgestattet ist, dass die Basisstation (33, 40) und die Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) mit einer Identifikationskennzeichnung versehen sind, die in einem Speicher der Basisstation und des betreffenden Sensors hinterlegt ist, und dass zumindest zwischengeordnete Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) zum Abgeben einer Meldung an die Basisstation (33, 40) in bestimmten Zeitabständen ausgebildet sind, die zur Funktionsüberwachung ausgewertet wird.
Schaltschrankanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) zum drahtlosen Empfang von Daten anderer Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) und zum drahtlosen oder drahtgebundenen Weiterleiten der empfangenen Daten direkt oder über die zwischengeordneten Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) an die Basisstation (33, 40) ausgebildet ist.
Schaltschrankanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) außerhalb des Schaltschranks (2) zum Erfassen die Schaltschrankfunktion beeinflussender Zustandsgrößen anordenbar und in drahtlose Datenübertragungsverbindung mit der Basisstation (33, 40) bringbar ist.
Schaltschrankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen schaltschrankfremder Messgrößen (6) weitere Sensoren (60.1, 60.2, 60.3, 60.4, 60.5) vorgesehen sind, die zur drahtlosen Datenübertragung direkt oder indirekt über mindestens einen zwischengeordneten Sensor zu der Basisstation (33, 40) ausgebildet sind.
Schaltschrankanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Sensoren (60.1, 60.2, 60.3, 60.4, 60.5) mit einer in die Datenübertragung einbindbaren Kennung zur Unterscheidung von den die schaltschrankspezifischen Zustandsgrößen erfassenden Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) versehen sind, die von zumindest einer zentralen Überwachungs- und Steuerungskomponente (30, 31, 32, 33) auswertbar ist.
Schaltschrankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation (33, 40) und/oder die zwischengeordneten Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) mit einer Routerfunktion zum Zuordnen der Datenübertragung zwischen Sender und Empfänger versehen ist.
Schaltschrankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation (33, 40) mit einem Anlernmodus versehen ist, in dem einem anzulernenden Sensor zum Vorbereiten des drahtlosen Datenaustausches mit der Basisstation (33, 40) eine Anweisung übersandt wird, dass dieser Sensor ein bestimmtes Nachrichten-Paket sendet, auf das die Basisstation (33, 40) antwortet, und dass der Anlernmodus durch einen Eingabebefehl des Benutzers einschaltbar und wieder ausschaltbar ist.
Schaltschrankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (50.1. 50.2, 50.7) und die Basisstation (33, 40) Zeitangabebausteine aufweisen und dass die Basisstation (33, 40) zum Senden von Zeitangaben an die Sensoren ausgebildet ist zur zeitlichen Synchronisierung der Sensoren untereinander.
Schaltschrankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltschranküberwachungseinrichtung (1) ein Messgerät zugeordnet ist, mit dem die Qualität der Funkverbindung zwischen dem Basisgerät (33, 40) und den Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) und den gegebenenfalls zwischengeordneten Sensoren überprüfbar ist.
Schaltschrankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) ein Sensorgehäuse (11) mit einheitlichem Koppelabschnitt (12) aufweisen, dass Verbindungsstücke (20) mit an den Koppelabschnitt (12) angepasstem Verbindungsabschnitt vorgesehen sind und dass die Sensoren (50.1, 50.2, 50.7) über die Verbindungsstücke (20) mit einem Träger verbindbar sind.
Schaltschrankanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Datenübertragung eine Mischung aus Amplituden-, Frequenz- und Phasenmodulation unter Bandspreizung verwendet ist, wobei das Signal über das Übertragungsband verteilt ist.