Система для управления электрическими потребителями электротехнических установок

Система для управления электрическими потребителями электротехнических установок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Описание

Изобретение относится к системе для управления электрическими потребителями электротехнических установок, которая наряду с потребителями включает в себя элементы обслуживания и управления.

Автоматическое управление электрическими потребителями электротехнических установок приобретает все большее значение. К этому относится, например, включение и выключение осветительных установок в предварительно установленные моменты времени или на основе определенных событий, например, освещенности окружающей среды, установленной посредством датчиков, открытие и закрытие окон посредством исполнительных двигателей, управление отоплением на основе предварительно установленного температурного профиля или включение и выключение кухонных приборов, например кофеварки. Необходимая для этого передача данных от датчиков к блокам управления или команд переключения от блока (блоков) управления к потребителям производится согласно уровню техники либо по проводникам, либо посредством радиосистемы.

Системы, связанные проводниками, обуславливают высокие затраты на установку при первоначальном монтаже и в случае изменений и, следовательно, связаны с высокими затратами. Радиосистемы, напротив, технически сложны и подвержены влиянию помех и также связаны с высокими затратами. Кроме того, связанное с радиосвязью электромагнитное излучение во многих случаях воспринимается как вредное и поэтому от его использования в бытовых условиях отказываются.

Поэтому задачей изобретения является создание системы, которая не имеет недостатков, свойственных известным системам.

В соответствии с изобретением это достигается системой для управления электрическими потребителями электротехнических установок, которая наряду с потребителями включает в себя элементы обслуживания и управления, в которой с потребителями и элементами обслуживания и управления соотнесены средства для связи в ближней зоне, посредством которых осуществляется передача данных и команд управления, при этом средства для связи в ближней зоне связаны асимметрично с электропроводными элементами инфраструктуры таким образом, что на инфраструктуру накладывается квазистационарное поле ближней зоны с высокочастотным переменным током.

При связи в ближней зоне система передачи сообщений содержит передатчик, с помощью элемента связи которого, по существу, создается электрическое поле в ближней зоне. Это поле связывается с объектом инфраструктуры, который имеет множество электропроводных элементов, в которых затем возникает связанный с проводником ток. Элементы электрически связаны друг с другом и с потенциалом земли. За счет подходящего ввода сигнала в этом объекте инфраструктуры на проводящих элементах и емкостях связи, имеющихся между упомянутыми проводящими элементами и потенциалом земли, образуется токовый контур. В любой точке объекта инфраструктуры с помощью подходящих приемных элементов можно измерить разность потенциалов и, тем самым, принять сигнал.

При этом важно, чтобы частота сигнала, объект инфраструктуры и передатчик/приемник были таким образом согласованы друг с другом, чтобы действительно осуществлялась связь в ближней зоне, чтобы, таким образом, не имелось соединения радиосвязи с преимущественным излучением сигналов во внутреннем пространстве здания, а фактически, преимущественно, осуществлялась емкостная связь с элементами инфраструктуры, которая должна осуществляться таким образом, чтобы в локально удаленной позиции мог приниматься сигнал с достаточным уровнем сигнала.

С помощью соответствующей изобретению системы устраняются потери излучающей системы и, тем самым, достигается очень незначительное потребление тока в передатчиках и приемниках. Не происходит формирования далеко распространяющихся нежелательных полей рассеивания, так как связь от передатчика до объекта инфраструктуры осуществляется посредством электрического поля ближней зоны лишь с незначительной дальностью действия. В качестве объекта инфраструктуры могут применяться все объекты, которые имеют электропроводные элементы. Предпочтительным образом, эти электропроводные элементы инфраструктуры такие, как трубы отопления, электропроводка или электропроводные пленки. В случаях, когда имеющейся инфраструктуры недостаточно, могут наноситься, например путем распыления или кистью, электропроводные слои, которые улучшают проводимость системы.

Основные потери возникают, при этом, в емкостях связи и сопротивлениях связи между различными проводящими элементами, а также вследствие собственной индуктивности этих элементов.

За счет наложения участков передачи поля излучения в дальней зоне (области радиосвязи) на квазистационарное поле ближней зоны с высокочастотным переменным током предотвращаются типично вредные свойства систем радиосвязи, такие как помеховые воздействия на электрические приборы. Тем самым больше не требуется разрешение от комиссий по радиосвязи, так как уровень сигналов поддерживается на низком уровне.

Передача сигналов в квазистационарном электрическом поле также не требует получения тактового сигнала на приемной стороне, так как системный тактовый сигнал единым образом вводится в среду передачи (объект инфраструктуры с его проводящим элементом). Но, в принципе, без каких-либо ограничений могут применяться и традиционные методы радиосвязи, такие как формирование несущей, модуляция, методы мультиплексирования, прием и демодуляция.

Предпочтительное использование частотного диапазона от 5 МГц до 50 МГц для высокочастотного переменного тока приводит к тому, что электронные схемы могут быть выполнены по экономичной по потребляемому току КМОП-технологии, и элементы связи, размеры которых должны быть незначительными по отношению к длине волны переменного тока, имеют габариты обычных выключателей.

Особенно предпочтительным является использование частоты 13,56 МГц для высокочастотного переменного тока. Эта частота лежит в так называемом диапазоне ISM, то есть в диапазоне, выделенном на основе общего разрешения для промышленных, научных и медицинских применений. Приборы, которые работают в этом частотном диапазоне, могут непосредственно вводиться в эксплуатацию пользователем, не требуя перед вводом в эксплуатацию получения особого разрешения.

Изобретение поясняется более подробно со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

фиг.1 и фиг.2 - схематичное представление соответствующих изобретению систем управления,

фиг.3 - схематичное размещение дополнительных элементов инфраструктуры в помещении.

На фиг.1 схематично показано использование изобретения для управления осветительным элементом 6. В качестве элемента управления служит переключающий элемент 1, который оптически соответствует переключающим элементам электроустановки. В отличие от обычных выключателей соответствующий изобретению переключающий элемент 1 содержит, однако, передатчик и элемент связи, с помощью которых, по существу, излучается поле ближней зоны. Это поле асимметричным образом вводится в стену здания. В стене и на стене имеются электропроводные элементы инфраструктуры, такие как токоведущие проводники 2 телефонного кабеля, коаксиального кабеля или нагревательные проводники и нагреватель 4, которые электрически связаны друг с другом и с потенциалом Е земли предпочтительно емкостным образом. За счет асимметричного ввода высокочастотного переменного тока в этом объекте инфраструктуры на проводящих элементах и на емкостях связи и сопротивлениях связи К, образованных между ними и потенциалом Е земли, образуется контур тока.

В любой точке объекта инфраструктуры можно теперь с помощью соответствующих приемных элементов 5 измерить разность потенциалов и, тем самым, принять сигнал.

Существенным при этом является то, что частота высокочастотного переменного тока должна быть выбрана таким образом, чтобы свойства передачи объекта инфраструктуры достигали оптимума.

В рассматриваемом примере выполнения для высокочастотного переменного тока была выбрана частота 13,56 МГц. Эта частота лежит в так называемом диапазоне ISM, то есть в диапазоне, выделенном на основе общего разрешения для промышленных, научных и медицинских применений. Тем самым для эксплуатации соответствующей изобретению системы не требуется никакого особого официального разрешения (лицензии).

Свойства передачи имеющейся электрической инфраструктуры могут быть улучшены за счет монтажа дополнительных проводящих элементов, таких как электропроводная пленка 3. Такая пленка наносится в зданиях, предпочтительно в форме окружающей полосы, на высоте примерно 1,2 м. Так как обычно переключающие элементы 1 находятся на этой высоте, при этом обеспечиваются хорошие свойства связи. Примером этого может служить представление на фиг.3. Вместо пленки также можно применить металлическую решетку, которая была встроена в штукатурку перед нанесением покрытия.

Особенно простое нанесение электропроводных элементов инфраструктуры получается в том случае, если применяются электропроводные покрытия, например, лаки, которые могут наноситься на стену, например, распылением или кистью. Тем самым и электрически проблематичные соотношения могут быть улучшены простым способом.

Применение настоящего изобретение практически не имеет границ.

Приведенные для примера области использования показаны на фиг.2.

При этом речь идет об управлении источником 8 света и жалюзи 9 посредством датчика 7 наступления сумерек или выключателя 1 и о регулировании нагревателя 10 посредством регулятора 11.

1. Система для управления электрическими потребителями электротехнических установок, которая наряду с потребителями включает в себя элементы обслуживания и управления (1, 7, 11), отличающаяся тем, что с потребителями (6, 8, 9, 10) и элементами обслуживания и управления соотнесены соответственно средства для связи в ближней зоне, посредством которых осуществляется передача данных и команд управления, при этом средства для связи в ближней зоне связаны асимметричным образом с электропроводными элементами (2, 4, 3, 12) инфраструктуры, которые электрически связаны друг с другом и с потенциалом (Е) земли предпочтительно посредством емкостной связи, на инфраструктуру наложено квазистационарное поле ближней зоны с высокочастотным переменным током.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электропроводных элементов инфраструктуры предусмотрены трубы (4) отопления, электропроводка (2) или электропроводные пленки (3).

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электропроводных элементов инфраструктуры предусмотрены металлические решетки (3), проложенные в штукатурке или под штукатуркой.

4. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве электропроводных элементов инфраструктуры предусмотрены проводящие слои (3), нанесенные распылением или кистью.

5. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что частота высокочастотного переменного тока квазистационарного поля ближней зоны лежит в диапазоне от 5 до 50 МГц.

6. Система по п.4, отличающаяся тем, что частота высокочастотного переменного тока составляет 13,56 МГц.