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Einrichtung zur Überwachung und Steuerung von Aktoren und Sensoren - Dokument DE102005020661A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005020661A1 09.11.2006
Titel Einrichtung zur Überwachung und Steuerung von Aktoren und Sensoren
Anmelder Kuhn, Mike, 35041 Marburg, DE
Erfinder Bartels, Michael, 35043 Marburg, DE;
Kuhn, Mike, 35041 Marburg, DE
DE-Anmeldedatum 03.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005020661
Offenlegungstag 09.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.11.2006
IPC-Hauptklasse F24F 11/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung und Überwachung von Aktoren und/oder Sensoren gemäß Anspruch 1. Das System ist aus mehreren Komponenten gemäß Zeichnung 1 aufgebaut.

In vielen privat oder gewerblich genutzten Gebäuden wird die Höhe der Raumtemperatur über einzelne Heizkörper in den verschiedenen Räumen bestimmt.

In der Regel werden Heizkörper durch Thermostatventile gesteuert. Diese verfügen über einen, im Thermostatventil eingebauten, Regler sowie einen Temperaturfühler. Der Anwender gibt durch drehen des Thermostatkopfes eine Temperatur vor und das Thermostatventil steuert die Wärmezufuhr zum Heizköper und somit im Raum. Wird der Raum verlassen oder gar für eine längere Zeit nicht genutzt, z. B. in Bürogebäuden am Wochenende, macht es Sinn, die Temperatur für diesen Zeitraum zu senken. In der Realität wird das kaum gemacht, da der Nutzer oft nicht daran denkt, und dieses System sehr träge ist. Stellt der Nutzer die höhere Temperatur erst ein, wenn er bereits im Raum ist, dauert es eine ganze Weile, bis der Raum die gewünschte Temperatur angenommen hat. Das herunter- und wieder heraufregeln der Temperatur macht aus Gründen der Energieersparnis auch schon Sinn, wenn der Raum gelüftet wird.

Neuerdings möchte man diese Probleme durch programmierbare Thermostatventile lösen. Dabei übernimmt ein programmierbares Steuergerät das öffnen und Schließen des Thermostatventiles. Es können über ein kleines Display und verschiedene Tasten Zeiten eingestellt werden, wann das Thermostatventil geöffnet oder geschlossen sein soll. Hierbei kann oft nur ein Programm für eine Woche eingestellt werden. Feiertage, Urlaub oder andere Ereignisse bleiben ausgeschlossen. Mit Energie versorgt werden die programmierbaren Thermostatventile über Batterien, was sowohl energietechnisch als auch aus Gründen des Umweltschutzes abzulehnen ist. Hinzu kommt, dass selbst bei gleichzeitiger Montage nicht alle Batterien zum selben Zeitpunkt leer sind und ausgetauscht werden müssen. Somit muss ständig überwacht werden, wo welche Batterien getauscht werden müssen, was besonders in großen Gebäuden teuer ist. Eine weitere Schwachstelle dieser Systeme ist die Programmierung. Oft stehen nur ein paar Taster oder Schalter zur Verfügung. Längst nicht alle programmierbaren Thermostatventile verfügen über ein Display. Falls eines vorhanden ist, besteht es platzbedingt nur aus ein paar Zeilen. In der Regel wird die Programmierung einmal vorgenommen und dann nie wieder geändert. Die meisten Benutzer haben nach kurzer Zeit wieder vergessen, wie die Programmierung vorgenommen wird.

Um diese Probleme zu lösen, hat man versucht, Installationsbussystem im professionellen Umfeld der Gebäudetechnik zu etablieren. Dabei setzt man auf Systeme, die die Heizungsanlage dezentral regeln und steuern und über ein Bussystem die verschiedenen Verbraucher und Sensoren ansteuern. Auf einem Server läuft ein Steuerprogramm, welches über das Bussystem an die daran angeschlossenen Geräte Daten versendet und von dort empfängt.

Ein solches System ist der European-Installation-Bus, kurz EIB genannt. Dabei muss jedes angeschlossene Gerät über ein entsprechendes Interface verfügen. Zu jedem Gerät führen eine Daten- und eine Stromversorgungsleitung. Mehrere Geräte sind in Bereiche zusammengefasst, die wiederum durch ein spezielles Interface angesteuert werden. Das Nachrüsten alter Heizkörper ist oft nur mit hohen Kosten oder gar nicht möglich. Auch das Nachrüsten älterer Liegenschaften ist nur mit hohem Aufwand und den damit verbundenen Kosten möglich. Hinzu kommt die individuelle Einrichtung und Programmierung eines solchen Systems. Auch die Folgekosten durch Wartung und Pflege sind eine nicht zu unterschätzende Größe. Im laufenden Betrieb müssen ständig entsprechende Daten eingegeben und angepasst werden, um die Effizienz des Systems zu gewährleisten. Da es sich um ein spezielles System handelt, müssen entsprechend geschulte Mitarbeiter oder Spezialisten vorhanden sein. Überhaupt sind die Anschaffungs-, Installations- und Pflegekosten für ein EIB-System sehr hoch.

All das sind Gründe, weswegen sich der EIB-Standard trotz seiner bereits im Jahre 1990 erfolgten Einführung immer noch nicht durchgesetzt hat. Gleiches gilt für viele ähnliche Feldbussysteme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Einrichtung zur Steuerung und Überwachung von Aktoren bzw. Sensoren zu schaffen, die einfach und kostengünstig aufgebaut, leicht zu handhaben und komfortabel zu pflegen ist.

Auch die nachträgliche Installation soll schnell und einfach unter Einbeziehung vorhandener Infrastruktur möglich sein.

Lösung

Diese Aufgabe ist durch die Erfindung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 und dessen Ausgestaltung in den Ansprüchen 2 bis 18 gelöst.

Die Erfindung stellt eine Verbindung zwischen vorhandenen Informationen und dem Steuern und Regeln der Aktoren/Sensoren her, sodass die Pflege erheblich vereinfach wird. Auch die Installation und der Hardwareeinsatz sind optimiert und beschränken sich auf wenige, kostengünstige und in großer Stückzahl verfügbare Teile.

Durch die Nutzung bekannter Internetbrowser sind die nötigen Einstellungen sehr einfach und übersichtlich über ein Webinterface möglich.

Aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen ergeben sich zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung.

1 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung der Konfiguration zeigt.

2 ist ein Diagramm, das den Informationsfluss zu und von den Aktoren/Sensoren zum Treiber und Organizer-Programm zeigt.

3 ist eine Übersicht, die die verschiedenen Kriterien in der Zuordnungstabelle gemäß 2 zeigt.

4 ist eine Übersicht, die den Aufbau der adressierten Datenpakete einer Ausführungsform gemäß 2 zeigt.

Nun wird die Konfiguration eines Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Die 1 zeigt eine Workstation 100 und einen Server 110, die über ein lokales Netzwerk 130 oder über das Internet 140 verbunden sind. Auf beiden Rechnern ist ein Organizer-Programm 120 installiert. Eine Person 320 kann über das Organizer-Programm 120 seinen Tagesablauf planen und Termine verwalten. Typischerweise ist diese Anordnung in vielen Firmen anzutreffen.

Der Server 150 ist ebenfalls an diesem lokalen Netzwerk 130 oder über das Internet 140 angeschlossen. Auf diesem Server 150 ist ein Treiber-Programm 160 installiert. Ebenfalls an diesem Server 150 ist über eine LAN-Verbindung 170 eine Steuereinheit 180 angeschlossen. Dabei werden an den Server 150 keine großen technischen Anforderungen gestellt. Der Rechner kann auch für andere Anwendungen genutzt werden.

Die Steuereinheit 180 verfügt über mehrere Ports, an die über Anschlußleitungen 190 verschiedene Aktoren 200 und/oder Sensoren 210 angeschlossen sind. Hier ist ein Heizkörperventil 230 mit einem Port verbunden. Dieses Heizkörperventil 230 ist ein handelsübliches und preiswertes Modell, welches durch Anlegen einer Spannung geöffnet und geschlossen werden kann. Hier wird die Spannung über die Anschlußleitung 190 zur Verfügung gestellt.

Das Treiber-Programm 160 kommuniziert mit den Organizer-Programm 120 und bekommt so Informationen über die An- und Abwesenheit von Personen. Des weiteren bekommt es auch Informationen über die Belegung von Räumen, die nur temporär genutzt werden. Ebenso ist es möglich, dem Treiber-Programm 160 über das Internet 140 oder das lokale Netzwerk 130 per Internetbrowser Informationen direkt einzugeben.

Gemäß 2 verfügt das Treiber-Programm 160 über eine Zuordnungstabelle 240. Mit Hilfe der Zuordnungstabelle 240 kommuniziert das Treiber-Programm 160 über adressierte Datenpakete 250 mit den Steuereinheiten 180 und erreicht über Steuer-/Abfrageimpulse 260 die Aktoren/Sensoren wie zum Beispiel das daran angeschlossene Heizkörperventil 230. Abhängig von der Zuordnungstabelle und allen gewonnenen Daten kann nun das Heizkörperventil 230 geöffnet oder geschlossen werden.

Durch diesen Automatismus kann eine erhebliche Menge an Energie eingespart werden. Die Einrichtung erhält aus dem Organizerprogramm und/oder über Sensoren die Information, wann jemand in welchem Raum ist und heizt durch öffnen und schließen der Ventile den Raum bedarfsgerecht auf. Die gewünschte Raumtemperatur wird nach wie vor manuell am Ventilkopf eingestellt, was für den Benutzer keinerlei Änderungen seines bisherigen Verhaltens erfordert.

Zusätzlich kann das System durch kurzes automatisiertes Öffnen und Schließen des Ventiles in regelmäßigen Abständen die Lebensdauer des Ventiles enorm verlängern, da so ein Festgehen vermieden wird.

Durch die Verwendung der vorhandenen Komponenten, wie dem Organizer-Programm 120, ist der Installations- und Programmieraufwand gegenüber den herkömmlichen Systemen erheblich reduziert. Auch die Benutzerfreundlichkeit ist um ein vielfaches höher, da keine zusätzlichen Systeme gepflegt werden müssen. Wartungsarbeiten und Programmänderungen können durch den in vielen Firmen bereits vorhandenen Systemadministrator vorgenommen werden.

3 beschreibt die Zuordnungstabelle 240. In der Tabelle sind verschiedene Informationen fest und andere Informationen variabel verknüpft. Sie enthält Angaben über Räume 300, Personen 320 und Einrichtungsgegenstände 310. Diesen Informationen sind Aktoren 200 und/oder Sensoren 210 über die Portadressen 340 und die Identitätscodes 330 der Steuereinheit 180 zugeordnet.

Anhand der Zuordnungstabelle entscheidet das Treiberprogramm, welche Aktoren 200 oder Sensoren 210 angesprochen werden müssen. Ist beispielsweise kein Mitarbeiter mehr im Haus, kann die Heizung in allen Räumen gedrosselt werden. Umgekehrt reicht ein belegter Raum aus, um auch den Flur, die Küche usw. mit Wärme zu versorgen.

4 zeigt den Aufbau des Datenpaketes 250. Dieses wird zwischen dem Server 150 und der Steuereinheit 180 ausgetauscht. Es enthält die notwendigen Daten, um genau eine Portadresse 340 an einer bestimmten Steuereinheit 180 anzusteuern.

Die Erfindung ist in vielfältiger Weise abwandelbar.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale, Vorteile und Verfahrensschritte können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.


Anspruch[de]
Einrichtung zur Steuerung und Abfrage von Aktoren 200 und/oder Sensoren 210, die an Heizkörpern, Fenstern, Türen, Lampen usw. installiert sind und zu vorgebbaren Zeiten aktiviert, deaktiviert und/oder abgefragt werden, dadurch gekennzeichnet,

• dass ein auf einem zentralen Server 150 im lokalen Netzwerk 130 installiertes Treiberprogramm 160 von einem Organizer-Programm 120, das innerhalb eines lokalen Netzwerkes 130 auf wenigstens einer Workstation 100 und/oder Server 110 installiert ist, Informationen und Termine abfragen kann und daraus erzeugte Schalt- bzw. Abfragezeitpunkte über ein LAN-Netz 170 an wenigstens eine daran angeschlossenen Steuereinheit 180 weitergibt,

• dass jede Steuereinheit 180 die empfangenen Schalt- bzw. Abfragezeitpunkte 230 auswertet und in Steuer- und/oder Abfrageimpulse 260 umwandelt, und

• dass jeder Steuer- bzw. Abfrageimpuls 260 über eine Anschlußleitung 190 an den betreffenden Aktor 200 und/oder Sensor 210 geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Zuordnungstabelle 240, jeder Aktor 200 und jeder Sensor 210 einem Raum 300 oder einem Einrichtungsgegenstand 310 oder einer Person 320 zugeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Adressierung der Daten zu den Aktoren 200 und oder Sensoren 210 über eine Zuordnungstabelle 240 erfolgt. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Zuordnungstabelle 240 jeder Aktor 200 und jeder Sensor 210 einer Steuereinheit 180 zugeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuereinheit 180 innerhalb des lokalen Netzwerkes 130 ein Identitätscode 330 zugeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Aktor 200 oder Sensor 210 innerhalb einer Steuereinheit 180 eine Portadresse 340 zugeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Treiberprogramm 160 Schalt- und Abfragezeitpunkte 220 erzeugt werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über das Internet 140 oder lokale Netzwerk 130 Schalt- und Abfragezeitpunkte 220 beeinflusst oder erzeugt werden können. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ereignisabhängig Schalt- und Abfragezeitpunkte 220 beeinflusst oder erzeugt werden können. Einrichtungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit 180 ein Applikationsrouter ist. Einrichtungen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit 180 mit einem LAN-Interface ausgestattet ist und über einen oder mehrere Mikrocontroller verfügt. Einrichtungen nach Anspruche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Aktoren 200 und/oder Sensoren 210 anschließbar sind. Einrichtungen nach Anspruche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluß der Aktoren 200 und/oder Sensoren 210 über eine zweiadrige Anschlußleitung erfolgt. Einrichtungen nach Anspruche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor 200 ein Dehnungselement ist, über das ein Heizkörperventil geöffnet oder geschlossen werden kann. Verfahren oder Einrichtunge nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Benutzer Zeitpunkte individuell mittels Programmierung oder Verbindung zu einem Organizer-Programm 120 festlegen kann. Verfahren oder Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Benutzer Zeitpunkte individuell mittels Programmierung oder Verbindung zu einem Anwesenheits- oder „Präsents"-Server festlegen kann. Verfahren oder Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Benutzer Zeitpunkte individuell mittels Mobiltelefon festlegen kann. Verfahren oder Einrichtunge nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Benutzer Zeitpunkte individuell über ein Zusatzprogramm, welches auf mindestens einer Workstation 100 und/oder Server 110 installiert ist, individuell festlegen kann.






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