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Title:
SYSTEM FOR MONITORING THE OPERATION OF A CURRENT LOOP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/056967
Kind Code:
A1
Abstract:
In a system for monitoring the operation of a current loop (2), which is fed by a current source (10) and has a switching element (11), an evaluation unit (13) is arranged at the output of the current loop (2), which evaluation unit is designed to identify a state of the switching element (11) on the basis of the current flowing in the current loop (2). Furthermore, a signal generation device (20) is arranged in the current loop (2), which signal generation device is connected to the switching element (11) and is designed to generate a dynamic signal characterizing the state of the switching element (11) in the current loop (2).

Inventors:
WITTMANN GERHARD (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/071019
Publication Date:
April 17, 2014
Filing Date:
October 09, 2013
Export Citation:
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Assignee:
ZUMTOBEL LIGHTING GMBH (DE)
International Classes:
H01H9/16; H01H3/02; H02J13/00; H03K17/18
Foreign References:
EP1137024A12001-09-26
DE4221916A11994-01-05
US6646362B22003-11-11
US20040189481A12004-09-30
US7590898B22009-09-15
Attorney, Agent or Firm:
THUN, Clemens (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. System zur Überwachung der Funktion einer Stromschleife (2), welche von einer Stromquelle (10) gespeist wird und ein Schaltelement (11) aufweist, wobei am

Ausgang der Stromschleife (2) eine Bewertungseinheit (13) angeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, auf Basis des in der Stromschleife (2) fließenden Stroms einen Zustand des Schaltelements (11) zu erkennen,

dadurch gekennzeichnet,

dass in der Stromschleife (2) weiterhin eine Signalerzeugungseinrichtung (20) angeordnet ist, welche mit dem Schaltelement (11) verbunden und dazu ausgebildet ist, in der Stromschleife (2) ein den Zustand des Schaltelements (11) kennzeichnendes dynamisches Signal zu generieren.

2. System nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass das von der Signalerzeugungseinrichtung (20) generierte Signal ein gepulstes Signal ist.

3. System nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Signalerzeugungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, das Signal durch Kurzschließen des Schleifenstroms zu generieren.

4. System nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Signalerzeugungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, anhand der Frequenz und/oder Phase und/oder Amplitude und/oder anhand des Tastverhältnisses des Signals den Zustand des Schaltelements (11) zu kennzeichnen. 5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Bewertungseinheit (13) ausgebildet ist, um anhand der Frequenz und/oder Phase und/oder Amplitude und/oder anhand des Tastverhältnisses des Signals eine Unterbrechung der Stromschleife (2), einen Kurschluss oder einen Störungsbetrieb zu erkennen.

6. System nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Signalerzeugungseinrichtung (20) in unmittelbarer Nähe des Schaltelements (11) angeordnet ist oder eine Einheit mit dem Schaltelement (11) bildet.

7. System nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Schaltelement (11) ein Mehrfachschalter ist und die

Signalerzeugungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, jeden einzelnen der

Schalterzustände durch Modifizieren des Signals zu charakterisieren. 8. Signal erzeugungseinrichtung (20) zur Verwendung in einer funktionsüberwachten Stromschleife (2), welche von einer Stromquelle (10) gespeist wird und ein

Schaltelement (11) aufweist, wobei am Ausgang der Stromschleife (2) eine

Bewertungseinheit (13) angeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, auf Basis des in der Stromschleife (2) fließenden Stroms einen Zustand des Schaltelements (11) zu erkennen,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Signal erzeugungseinrichtung (20) mit dem Schaltelement (11) verbunden und dazu ausgebildet ist, in der Stromschleife (2) ein den Zustand des Schaltelements (11) kennzeichnendes dynamisches Signal zu generieren.

9. Signal erzeugungseinrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass das von der Signalerzeugungseinrichtung (20) generierte Signal ein gepulstes Signal ist.

10. Signal erzeugungseinrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, das Signal durch Kurzschließen des Schleifenstroms zu generieren.

11. Signal erzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Signalerzeugungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, anhand der Frequenz und/oder Phase und/oder Amplitude und/oder anhand des Tastverhältnisses des Signals den Zustand des Schaltelements (11) zu kennzeichnen.

Description:
System zur Funktionsüberwachung einer Stromschleife

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Überwachen der Funktion einer Stromschleife sowie eine in einer derartigen Stromschleife genutzte

Signalerzeugungseinrichtung.

Stromschleifen im Sinne der vorliegenden Erfindung werden gemäß dem Stand der Technik dazu genutzt, den Zustand eines in der Schleife befindlichen Schalters zu erkennen. In einem Normalbetrieb ist die entsprechend der üblichen Zweidraht- Installationstechnik ausgebildete Schleife gespeist durch eine Stromquelle von dem Strom durchflössen. Der Stromfluss wird durch eine entsprechend ausgeführte Auswerteeinheit detektiert. Sobald der Stromfluss z.B. durch ein Betätigen des Unterbrechungsschalters unterbrochen wird, wird diese Unterbrechung des

Stromflusses erkannt. Mit Hilfe einer derartigen Stromschleife wird beispielweise entsprechen den Vorschriften in Italien ein sog. NOTAUS-Schalter realisiert, der von der Feuerwehr bedient werden und gezielt dazu genutzt werden kann, die

Notbeleuchtung zu deaktivieren. Auch das Testen der Funktion von

Busphasenwächtern, die zur Überwachung der allgemeinen Stromversorgung eingesetzt werden und einen Stromausfall an eine Notbeleuchtungsanlage melden, erfolgt mit Hilfe derartiger Stromschleifen.

Nachteilig an der oben beschriebenen bekannten Lösung ist, dass Störungen der Übertragung des dauerhaft fließenden Gleichstroms zu einem fehlerhaften

Interpretieren des Schalterzustands führen können. So kann z.B. ein Anbohren der in einer Wand verlaufenden Leitung die Stromschleife unterbrechen und so eine unbeabsichtigte Abschaltung der Notbeleuchtung auslösen. In gleicher Weise würde auch ein Kurzschluss dazu führen, dass der Zustand des Schalters nicht zuverlässig und richtig erkannt wird.

Aus der Netzwerktechnik ist darüber hinaus die Nutzung so genannter Herzschlag- Signale bekannt. Dabei wird bei Nutzung eines Bus-Systems regelmäßig von jedem angeschlossenen Gerät eine bestimmte Signalisierungsabfolge über den Bus gesendet um die weiterhin bestehende Erreichbarkeit des jeweiligen Geräts sicherzustellen. Ein solches System wird von dem US Patent US 7,590,898 B2 gezeigt. Eine solche Signalisierung ist jedoch sehr aufwendig, da ein Bussystem und ein aufwendiges Nachrichtenformat Voraussetzung hierfür sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Lösung zur Realisierung einer funktionsüberwachten Stromschleife anzugeben, welche bei geringem Aufwand eine zuverlässige Unterscheidung der Zustände des in der Stromschleife befindlichen Schaltelements ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System gemäß Anspruch 1 sowie eine Signalerzeugungseinrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.

Auch bei dem erfindungsgemäßen System wird eine Stromschleife von einer

Stromquelle gespeist und weist ein Schaltelement auf, wobei am Ausgang der

Stromschleife eine Bewertungseinheit angeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, auf Basis des in der Stromschleife fließenden Stroms einen Schaltzustand des

Schaltelements zu erkennen. Erfindungsgemäß ist nunmehr in der Stromschleife weiterhin eine Signalerzeugungseinrichtung angeordnet ist, welche mit dem Schalter verbunden und dazu ausgebildet ist, in der Stromschleife ein den Schaltzustand des Schaltelements kennzeichnendes dynamisches Signal zu generieren. Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung ist also vorgesehen, dass durch ein zusätzliches Element der Zustand des Schaltelements in ein dynamisches Signal umgesetzt wird, welches wiederum von der Auswerteeinheit bewertet wird, allerdings deutlich zuverlässiger Auskunft über den Zustand des Schaltelements gibt und es insbesondere auch ermöglicht, Fehler in der Funktion der Stromschleife zu erkennen. Dabei kann das von der Signalerzeugungseinrichtung generierte Signal insbesondere ein gepulstes Signal sein, welches vorzugsweise dadurch erzeugt wird, dass die

Signalerzeugungseinrichtung den Schleifenstroms vorübergehend kurzschließt. Die Signalerzeugungseinrichtung kann dann dazu ausgebildet sein, anhand der Frequenz und/oder Phase und/oder Amplitude und/oder anhand des Tastverhältnisses des Signals den Zustand des Schaltelements zu kennzeichnen. Dabei kann das Schaltelement auch ein Mehrfachschalter sein und die Signalerzeugungseinrichtung dazu ausgebildet sein, jeden einzelnen der Schalterzustände durch Modifizieren des Signals zu

charakterisieren.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht insbesondere auch darin, dass weitestgehend auf bestehende Komponenten einer Stromschleife zurückgegriffen werden kann und lediglich das Nachrüsten der Signalerzeugungseinrichtung erforderlich ist. Diese ist vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Schaltelements angeordnet oder bildet eine Einheit mit dem Schaltelement.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Stromschleife gemäß dem Stand der Technik; und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stromschleife.

Zunächst wird anhand von Fig. 1 die der Erfindung zu Grunde liegende Problematik anhand einer exemplarischen Stromschleife erläutert. Anschließend wird mittels Fig. 2 der Aufbau und die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels der

erfindungsgemäßen Lösung gezeigt.

Fig. 1 zeigt ein exemplarisches NOTAUS-Schaltersystem 1. Es beinhaltet eine

Stromquelle 10, einen Schalter 11, einen Optokoppler 12 sowie eine

Bewertungseinheit 13, welche im vorliegenden Fall in die Stromquelle 10 integriert ist. Die Stromquelle 10 ist dabei über eine erste Leitung 14 mit dem Schalter 11 verbunden. Der Schalter 11 ist über eine zweite Leitung 15 mit dem Optokoppler 12 verbunden, dessen Ausgang mit der Stromquelle 10 und insbesondere mit der

Bewertungseinheit 13 verbunden ist. Die Stromquelle 10 prägt einen Gleichstrom in die Leitung 14 ein. Der Gleichstrom fließt durch den Schalter 11 und die Leitung 15 zu dem Optokoppler 12 und von dort zurück zu der Stromquelle 10 und der Bewertungseinheit 13. Je nachdem ob der Schalter 11 geöffnet oder geschlossen ist, wird ein dauerhafter Stromfiuss durch die Schleife ermöglicht oder unterbrochen. Dies führt je nach Schalterzustand zu einem statischen High- oder Low-Signal am Ausgang des Optokopplers 12, welches von der Bewertungseinheit 13 erfasst wird, die davon abhängig einen Zustand des Schalters 11 erkennt. Beispielsweise kann dann durch Betätigen des Schalters 11 im Rahmen eines sog. Fernaus gezielt die Notbeleuchtung deaktiviert werden.

Neben dem Betätigen des Schalters 11 können jedoch eine Vielzahl weiterer Einflüsse den Stromfiuss durch die Schleife unterbrechen und zu einer fehlerhaften

Interpretation des Schalterzustands führen. So könnte z.B. eine Beschädigung einer der Leitungen 14, 15 zu einer Unterbrechung des Stromflusses führen. Dies ist nachteilig, da so unbeabsichtigt bestimmte Funktionen ausgelöst werden. In gleicher Weise kann auch ein Kurzschluss der Schleife vorliegen, der wiederum zu einem falschen, d.h. nicht den Zustand des Schalters 11 repräsentierenden Signal am Ausgang des

Optokopplers 12 führt. In Fig. 2 ist ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Stromschleife 2 gezeigt. Wiederum ist eine Stromquelle 10 vorgesehen, welche die Stromschleife - mit einem Gleichstrom von beispielsweise 10mA - speist und eine Auswerteeinheit 13 aufweist, welche das Ausgangssignal des Optokopplers 12 erfasst und bewertet. In dieser Hinsicht ist die erfindungsgemäße Lösung also gleich zu der Stromschleife gemäß dem Stand der Technik und es können die bereits vorhandenen Elemente und Einheiten weiterhin genutzt werden.

Zusätzlich ist nunmehr allerdings in der Stromschleife eine

Signalerzeugungseinrichtung 20 direkt bei dem oder zumindest in der Nähe des Schalters 11 angeordnet. Beide Elemente können auch eine Einheit bilden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schalter 11 als Unterbrechungsschalter ausgeführt. Er könnte jedoch ebenfalls als Taster oder als gewöhnlicher Schalter, insbesondere auch als Mehrfachschalter ausgeführt sein. Die Signalerzeugungseinrichtung 25 ist dabei mit beiden Polen des Schalters 11 verbunden. Zusätzlich ist sie mit den beiden Leitungen 14, 15 verbunden und über diese mit der Stromquelle 10 bzw. dem Optokoppler 12 verbunden. Die Stromquelle 10 speist die Schleife wiederum mit Strom, der über die Leitung 14 an die Signalerzeugungseinrichtung 20 übermittelt wird. Diese erkennt nunmehr den Schaltzustand des Schalters 11 und generiert aus dem Schleifenstrom ein den

Schaltzustand des Schalters kennzeichnendes dynamisches Signal. Die zur Erzeugung dieses Signals notwendige Energie bezieht die Signalerzeugungseinrichtung 20 dabei bevorzugt lediglich aus dem Strom der Stromschleife. Alternativ kann die

Signalerzeugungseinrichtung 20 auch über eine zusätzliche Energieversorgung verfügen, welche jedoch nicht dargestellt ist.

Die Signalerzeugungseinrichtung 20 erzeugt das Signal beispielsweise, indem sie die Stromschleife in einem definierten Rhythmus kurzschließt, wobei die Frequenz und/oder das Tastverhältnis vom Zustand des Schalters 11 abhängig ist. Z.B. könnte bei einem Normalbetrieb ein Signal mit einer Frequenz von 32 Hz erzeugt werden, während hingegen bei Betätigen des Schalters die Frequenz signifikant erhöht, z.B. verdoppelt wird. In gleicher oder ergänzender Weise könnte auch das Tastverhältnis abhängig vom Zustand des Schalters geändert werden.

Das hieraus resultierende Signal am Ausgang des Optokopplers 12 kann dann von der Auswerteeinheit 13 erfasst und bewertet werden, so dass diese sehr einfach den Zustand des Schalters 11 erkennen kann.

Zusätzlich kann die Auswerteeinheit 13 auch erkennen, ob eine Störung der

Stromschleife vorliegt. Dies könnte der Fall sein, wenn eine der Leitungen 14, 15 beschädigt, also unterbrochen ist oder ein Kurschluss vorliegt. In diesem Fall liegt am Ausgang des Optokopplers wiederum ein statisches Signal vor, welches eindeutig nicht auf die Aktivität der Signalerzeugungseinrichtung 20 zurückzuführen ist und dementsprechend signalisiert, das die zuverlässige Funktion der Stromschleife nicht gewährleistet ist. Dabei kann der Schalter 11 bzw. das Schaltelement auch derart ausgebildet sein, dass es mehr als lediglich zwei Zustände einnehmen kann. Auch in diesem Fall ist vorgesehen, dass jeder der möglichen Schaltzustände durch die

Signalerzeugungseinrichtung erkannt wird und ein entsprechendes Signal in der Stromschleife generiert wird. Ein Modifizieren des Stroms der Schleife erfolgt dann also mit unterschiedlichen Frequenzen bzw. Tastverhältnissen, welche jeweils die Schalterzustände charakterisieren.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht dabei darin, dass weitestgehend auf die bereits vorhandenen Einheiten zurückgegriffen werden kann und lediglich die Stromschleife mit der Signalerzeugungseinrichtung nachgerüstet werden muss. Es ist lediglich eine Anpassung der Auswerteeinheit dahingehend vorzunehmen, dass diese nunmehr auch die Dynamik des eintreffenden Signals bewertet, was allerdings in der Regel sehr einfach softwaremäßig erfolgen kann. Der Aufwand zum Optimieren des gesamten Systems ist dementsprechend äußerst gering.