DE19649371C1

DE19649371C1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur zentralen Überwachung, Steuerung und Regelung einer großen Anzahl von Glüh- oder Halogenlampen in Feuern

Info

Publication number: DE19649371C1
Application number: DE19649371A
Authority: DE
Inventors: Hans-W Dipl Ing Otto; Henning Dipl Ing Woode
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: DE59709244D1; EP0941634B1; CA2273015A1; EP0941635A1; WO1998024275A1; CA2273013A1; WO1998024274A1; ATE232040T1; EP0941634A1; ES2191868T3; DK0941634T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur zentra len Überwachung, Steuerung und Regelung für Lampen in Feuern, insbeson dere in Flugplatz-, Autostraßen- und Flughindernisbefeuerungsanlagen. Seit einigen Jahrzehnten ist die Serienkreissteuerung weltweit bekannt und in der Praxis der Befeuerung von Flugplätzen eingeführt. Mangels aktiver und intelligenter Bauelemente war dieses Verfahren bis heute die einzig bekannte Lösung, um eine erhebliche Lampenanzahl (Kette, (KE)) über große Strecken mit kleinem Spannungsfall und damit ohne jeden Unterschied in der Beleuch tungsstärke mit elektrischer Energie zu versorgen. Die in Serie hinter einem Zentraltransformator (ZT) geschalteten Lampentransformatoren (LPT) wandeln die Betriebsspannung auf eine Kleinspannung um und stellen für den LA-Kreis einen konstanten Strom. Die LPT verhindern, daß bei Ausfall einer Lampe der Gesamtstromkreis unterbrochen wird. Alle Fortentwicklungen zu dieser Auf gabenstellung basieren auf dem grundsätzlichen Serienkreis und seinen LPT sowie dem ZT. Somit wird automatisch ein hoher Anteil von eindeutigen Nach teilen dieses Verfahrens in die Steuerung von Feuern bei der Straßen verkehrslenkung vor Tunneleinfahrten oder bei der Befeuerung von Luftfahrt hindernissen zwangsweise mit übernommen. Da die Aufgabenstellung in vor genannten Einsatzfällen erheblich abweicht, tritt der große Vorteil der Serien kreissteuerung, mit relativ geringen Verlusten große Ströme auf langen Lei tung mit hohem Wirkungsgrad zu steuern, in den Hintergrund. Zunächst sol len die Nachteile der ursprünglichen Serienkreisversorgung, auf dem die be kannten Fortentwicklungsverfahren aufbauen, angeführt werden:

1. Ausfall des ZT
- Ausfall aller Lampen einer Kette
2. Bruch des Serienkreiskabels
- Ausfall aller Lampen einer Kette
3. Kurzschluß im ZT
- Ausfall aller Lampen einer Kette
4. Hohe Versorgungsspannung der Primärseite des LPT
(Isolationsaufwand)
5. Isolationsfehler im Serienkreiskabel oder ZT
- unkontrollierter Beleuchtungsstärkeverlust aller LA
- Ausfall aller Lampen einer Kette
6. Kurzschluß der Primärseite des LPT
- Ausfallgefahr für die Leuchtmittel
7. Offener Stromkreis der Sekundärseite des LPT
- Ansteigen der KE-Spannung
8. Keine Selektivität der einzelnen LA zur KE
9. Aufwendige Planung
10. Aus Sicherheitsgründen kostenintensive Installation, mindestens zwei, in der Regel drei Serienkreise für eine KE
11. Keine Erweiterungsmöglichkeit für ergänzende LE in einer KE ohne Änderung an der zentralen Technik
12. Keine Einzelschaltung der LA möglich
13. Eine LA kann nicht zu zwei oder diversen KE gehören
14. Keine Gruppenbildung mit einzelnen LA möglich
15. Keine Beleuchtungsstärkeänderung der Einzel-LA
16. Keine Einzelüberwachung der LA mit Ortskennung
17. Großes Volumen der LPT
18. Hohes Gewicht der LPT
19. Scheinleistungsbezug trotz ohmscher Last

Die basierend auf diesem Verfahren weiterentwickelten Technologien der letz ten Jahre können prinzipiell in drei verschiedene Fortentwicklungsstufen un terteilt werden:

I. Die ebenfalls zentral eingesetzte Steuerung und/oder nur Überwachung mittels aktiver Komponenten am ZT.

II. Die unter 1. beschriebenen Verfahren, ergänzt um einzelne Meldungen der LE mit zusätzlichen Steuer- bzw. Meldeleitungen.

III. Die unter I. beschriebenen Verfahren, jedoch ergänzt um aktive Bauele mente/Baugruppen zur seriellen- oder Frequenzübertragung der einzelnen LE-Zustände mit bedingter Steuerung.

zu 1. Wesentlich sind die Komponenten der primärseitigen zentralen Stromregelung am ZT über einen Thyristorregler zum Ausgleich der Fehlerquellen 5, 6, 7, mit tels Messung von Strom und Spannung im Sekundärkreis des ZT. Aus der vorgenannten Messung läßt sich außerdem, bei begrenzt geplanter LA-An zahl in einer KE, die Anzahl der ausgefallenen LE oder LA, nicht jedoch der Ort ermitteln (DE 28 29 135 C2).

zu II. Die zusätzlichen Meldeleitungen haben sich bis heute wegen des weiteren Planungs- und Installationsaufwandes nicht durchsetzen können (DE 34 31 099 A1 und EP 0 448 358 A2).

zu III. Die neueste Anmeldung (WO 95 24 820 A1) beschreibt zur Lösung der Pro bleme 12, 13, 14 und 16 die serielle und bidirektionale Übertragung von Daten der LE zur Zentrale. Auch diese Lösung basiert immer auf der korrekten Funk tion des Serienkreises und aller zentralen Komponenten. Fallen diese Teile oder der LPT aus, bricht die Energie zur Abarbeitung der korrekten differen zierten LA-Meldung innerhalb des Systemes zusammen. Ein Kabelbruch setzt auch das in Serie (Einzelader) geschaltete Kommunikationsmedium außer Betrieb, ohne die sicherheitsrelevanten Einzelmeldungen als Erstauslöser zur Störungserkennung und Behebung zu gewährleisten.

Die Anforderungen an eine Befeuerungsanlage auf Flugplätzen unterschei den sich von denen im Bereich der Straßenverkehrslenkung oder der Befeue rung von Flughindernissen erheblich. In dem hier erfindungsgemäß im folgen den beschriebenen Verfahren über differenzierte Meldungen von Betriebs- und Störzuständen, die Einzel-Schaltung und -Regelung von Leuchten, sowie de ren Zuordnung in Ketten oder Gruppen tritt der optimale Übertragungs wirkungsgrad bei Lampen im Bereich bis zu 100 Watt und erheblich kleineren Entfernungen gegenüber Flugplätzen in den Hintergrund. Nicht nur die sicherheitsrelevanten Faktoren, sondern ergänzend auch die Wirtschaftlich keit einer Gesamtanlage bei der Planung, Erstellung und besonders bei dem Betrieb ist von größtem allgemeinen und öffentlichen Interesse. Das Serien kreissteuerungsverfahren ist hier kaum geeignet.

Die bekannte o.a. Befeuerungstechnik (LA und LE) wird heute u. a. zuneh mend zur Verkehrslenkung und -Dynamisierung des Straßenverkehrs auf Au tobahnen eingesetzt. Die automatische Organisation des Verkehrsflusses, z. B. vor mehrspurigen Tunneleinfahrten, gerade bei Sperrungen von Einzelröhren oder Fahrbahnen, setzt die Einzel-Steuerung/Regelung und Überwachung der LA, sowie die freie GU- und KE-Bildung, voraus. Der betonierte Unterbau des Fahrbahnverschleißbelages läßt außerdem nur einen erheblich reduzierten Unterbau der LE zu, damit wird die Einbringung des LPT unter der LE kon struktiv oft nicht möglich.

Die bisher bekannten Verfahren können bis heute nicht die wesentlichen Nach teile, die aus der Serienkreisversorgung von Feuern entstehen, beseitigen.

Die zu lösende Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Überwachungs- und Steuerungseinrichtung vorzuschlagen, mit der eine gro ße Anzahl von Lampen in Feuern in besonders günstiger Weise, aber den noch zentral unter Verzicht auf zusätzliche Leitungen gesteuert, überwacht und geregelt werden kann, wobei ein hoher Anspruch an die sicherheits relevante Übertragungstechnik und die hardwaremäßige Baugleichheit der dezentral eingesetzten Komponenten gestellt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1 und 15 beschriebenen Merk male gelöst. Weiter fortführende Merkmale sind in den Unteransprüchen an gegeben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Alle wesentlichen erfindungsgemäßen Merkmale und Vorteile werden auch anhand von drei Zeichnungen aufgezeigt.

Es zeigen,

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer kompletten Anlage,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des speziellen Unterflurmoduls (UM) mit angeschalteter Leuchte (LE) und Lampe (LA),

Fig. 3 die räumliche Anordnung der LA und der Ketten (KE) mit der mehrfach verschalteten Lampe (H).

Zur übersichtlichen Darstellung des Verfahrens wird die erfindungsgemäße Steuerungs- und Überwachungsanlage wie folgt gegliedert:

I. Datenkommunikation im Local Operating Network (LON)

II. Steuerung und Überwachung durch die Zentrale (PC)

III. Funktion des Unterflurmoduls (UM)

I. Datenkommunikation im LON

Die Datenkommunikation zwischen Unterflurmodul (UM) und Zentrale (PC) wird gemäß Fig. 1 mit einem Local Operating Network (LON) realisiert.

Alle 7 ISO/OSI Protokoll-Layer werden erfüllt, da sie in den eingesetzten Mi kroprozessoren hard- und softwaremäßig implementiert sind.

Es können verschiedene, mischbare Kommunikationsmedien gewählt werden. Funk, Lichtwellenleiter, verdrillte Zweidrahtleitungen (TWP) und das Versor gungsnetz (C) sind einige Möglichkeiten.

Dem Übertragungsverfahren liegt ein differentieller Manchester-Code mit ei ner Bitsynchronisation, die auf das Übertragungsmedium anpaßbar ist, zu grunde. Ein CSMA-Verfahren mit Zugriffsprioritäten realisiert die Kollisions vermeidung. Für wichtige Meldungen können Prioritäten vergeben werden.

Router (RO) realisieren den Übergang zwischen den Übertragungsmedien.

Während die Datenkommunikation innerhalb von Betriebsgebäuden bevorzugt über TWP erfolgt, da eine hohe Übertragungsrate benötigt wird, sind in den Niederspannungshauptverteilungen RO installiert, die das Datenprotokoll in ein oder verschiedene Versorgungs-Netze einkoppeln. Somit kann bei räum lich weitläufig angeordneten Niederspannungsnetzen mit evtl. zwischen geschalteten Mittelspannungstransformatoren eine sternförmige Einspeisung in die Verteilerebene erfolgen.

Die Übertrager (6) zur Versorgungsleitung (C) der Unterflurmodule (UM) so wie die Router (RO) über die Zweidrahtleitungen (TWP) zum LON (C) arbeiten im für Europa zugelassenen C-Band nach CENELEC.

II. Steuerung und Überwachung durch die Zentrale (PC)

Erfindungsgemäß übernimmt der PC die zentrale Konfiguration, Steuerung, Regelung und Überwachung der Leuchten über die Unterflurmodule UM. Meh rere PCs können ohne Hierarchie an verschiedenen Orten in das LON inte griert werden und redundant arbeiten sowie sich gegenseitig überwachen.

Ein Fernzugriff über Modemverbindungen oder ISDN ist möglich.

Nach der wahllosen Installation der UM wird mit dem PC jedes UM bezüglich Ketten KE und Gruppen-Zugehörigkeit GU, wie in Fig. 3 dargestellt, konfigu riert und die entsprechenden Daten in die UM geladen, hier werden sie unver lierbar gespeichert.

Eine grafische Oberfläche übernimmt die Darstellung der UM, verschiedene Farben der UM-Symbole signalisieren die unterschiedlichen Betriebs- und Fehlerzustände der UM mit ihren angeschlossenen Lampen LA.

Eine Historienfunktion ermöglicht die Erfassung der Einschaltdauer aller UM und der LA und gibt automatisch Wartungshinweise zum Tausch von Leuchtmitteln. Hierbei wird die Lampenarbeit zugrunde gelegt, da sich bei Betrieb unterhalb der Nenndaten eine Lebensdauerverlängerung ergibt. Alle Historien- und Wartungsdaten werden in einer aus dem System ausgebbaren Datei abgelegt. Betriebszeiten, Stör- und Ausfallmeldungen der UM lassen sich mit einem PC frei in Gruppen und nach Prioritäten geordnet zusammen fassen, diese können über Datenverkehr mit anderen Leitwartenrechnern wei terverarbeitet und den Wartungsbetrieben automatisch zugeleitet werden.

Mit einem PC kann von jedem UM Montagedatum der Lampe und die aufge laufene Gesamtbetriebszeit nach der Arbeitshistorie ermittelt werden.

Zum Austausch von defekten UM steht eine "Service-Terminal" -Funktion zur Verfügung, mit der dem neuen UM an einem PC die Daten des defekten UM zugewiesen werden, so daß die Arbeit im Feld sich ausschließlich auf das Wechseln des UM beschränkt.

Alle UM lassen sich durch den PC zu Testzwecken mit variablen Beleuch tungsstärken einzeln ansteuern.

Ein (Verkehrs-) Leitrechner kann an einem PC frei programmierbare Szenari en bezüglich der Ansteuerung von KE abrufen, der PC kann jedoch gleichzei tig Leitrechner sein. Die Rechnerkopplung zu Fremdsystemen wird durch eine RS232-Schnittstelle o. ä. realisiert.

III. Funktion des Unterflurmoduls (UM)

Die Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuerungs- und Überwachungseinrichtung der einzelnen LE bzw. LA in den beschriebenen Befeuerungsanlagen.

Die Trennschaltung 1 des Serienlampenkreises 1 bis 4 mit der Lampe LA stellt bei unzulässigen Strömen die schnelle Trennung des Kreises 2 bis 4 und der nachgeschalteten Lampe des Feuers sicher. Die Schaltung prüft nach der Tren nung den nachgeschalteten Kreis auf unzulässige Ströme und Spannungen und schaltet nach der Störungsbehebung (Lampentausch) den Kreis wieder zu. Die Trennung wird hierbei über die Messchaltung 4 von der Controller schaltung 7 erfaßt, da eine unzulässige Abweichung des Istwertes über Ver bindung d vom Sollwert im Controller vorliegt und über den Übertrager 6 im Netz C, also im LON, zur Verfügung stellt. Die gleiche Funktion gilt für die Rückkehr des Kreises aus der Störung.

Die Versorgungsschaltung 2 paßt die Lampenspannung beim Einsatz von Niedervolthalogenlampen an die Versorgungsspannung an. In diesem Kreis kann dann eine Potentialtrennung vorgesehen werden.

Die Stellerschaltung 3 ermöglicht den Einfluß auf die Höhe des am Ausgang anliegenden Stromes bei Abschluß des Kreises durch die Lampe LA. Die Schal tung 3 erhält ihre Stellgröße über die Verbindung c von der Schaltung 7, in der ein ständiger Vergleich des anstehenden Sollwertes mit dem Lampen-Istwert durchgeführt wird. Nach diesem Verfahren wird nicht nur der rückgeführte Lam pen-Istwert kontrolliert, sondern auch der wahre Funktionszustand der Lampe über den Übertrager 6 in das Netz C gemeldet.

Die Controllerschaltung 7 enthält darüber hinaus die unverlierbar abgelegte Identifikationsnummer, so wird der Lampenfunktionszustand mit einer Adresse versehen, um eine Identifikation in der Zentrale PC zu ermöglichen.

Die von dem Serienkreis 1 bis 4 getrennt arbeitende Versorgung 5 der Schal tungen 6 und 7 stellt sicher, daß bei Fehlern im Lampenkreis, also auch bei Trennung, eine differenzierte Meldung an das LON abgesetzt wird.

Der Funktionsbetriebszustand, den die Controllerschaltung 7 von der Über tragerschaltung 6 aus dem Versorgungsnetz C bzw. LON als Anweisung er hält, hat die Controllerschaltung 7 über die Verbindung g zu quittieren, auszu führen und den wahren Zustand der Funktionsdaten dann über Leitung g und Schaltung 6 in das LON mit Adresse zu melden.

Claims

1. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung für Lampen, insbesondere von Flugplatz-, Autostraßen- und Flughindernisbefeuerungsanlagen, bei der die Lampen (LA) in einer Leuchte (LE) über ein separates elektronisches Unter flurmodul (UM) gespeist werden, deren Einspeisungen (A) parallel an einem Versorgungssystem (C) angeschlossen sind und an deren Ausgängen (B) eine Lampe (LA) angeschaltet ist, wobei jeder Lampe (LA) in Serie eine Trenn schaltung (1), eine Versorgungsschaltung (2), eine Stellerschaltung (3) sowie eine Meßschaltung (4) zur Feststellung der Lampenfunktion und dieser über die Leitung (d) eine Controllerschaltung (7) zugeordnet ist, die den Lampen funktionssollwert über eine Leitung (f) seriell erhält und der Stellerschaltung (3) über die Leitung (c) als Stellwert übergibt, wobei die Controllerschaltung (7) einen oder mehrere Mikroprozessoren enthält, der die Lampenfunktions daten über den Netzübertrager (6) in die Versorgungsleitung (C) zur Auswer tung in einer Zentrale (PC) einspeist.

2. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Übertragung der Lampenbetriebsdaten durch die Controllerschaltung (7) erfolgt.

3. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Kommunikation bidirektional erfolgt.

4. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das der Kommunikation zugrunde liegende Übertragungsprotokoll alle sieben Schichten des Referenzmodells nach ISO/OSI erfüllt.

5. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikation auf der Versorgungsleitung (C) im für Europa zugelassenen C-Band nach CENELEC erfolgt.

6. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer wahlfreien Montage mehrerer Module (UM) eine Zugehörigkeit der Lampe (LA, H) zu einer Kette (KE) oder Kettengruppen (GU) über die Versorgungsleitung (C) festgelegt wird.

7. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifikation eines Moduls (UM) nur über die Versorgungsleitung (C) anhand einer in der Controllerschaltung (7) unverlierbar abgelegten Identifikationsnummer mög lich ist.

8. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lampenfunktionen in einer Messchaltung (4) ermittelt werden und von der Controllerschaltung (7) mit den Lampensollwerten verglichen werden.

9. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lampenstrom von der Controllerschaltung (7) beeinflußt wird.

10. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Serien-Lampenstromkreis (A-1-2-3-4-B-LA) unabhängig von der vollen Funktion der Schaltungen(S), (6) und (7), gestört sein kann.

11. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschaltung (1) eine Lam pe (LA) und ihren Serienkreis bei Störung selektiv abtrennen kann.

12. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschaltung (1) nach Störungsbehebung automatisch rückstellt.

13. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (5) als separate Stromversorgung nur für den Übertrager (6) und die Controllerschaltung (7) arbeitet.

14. Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwendung der Router (RO) den potentialgetrennten Zugang zum Übertragungsmedium (C) trotz unter schiedlicher Energieversorgung ermöglicht.

15. Verfahren zur Überwachungs- und Steuerungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zentrale (PC) auf alle nach Orten identifizierbaren Lampen und ihrer Daten zugreifen kann bzw. diese mit einem CSMA (Carner-Sense-Multiple-Access)-Verfahren Event -gesteuert an eine Zentrale (PC) senden.