Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung für mindestens ein Betriebsgerät für Leuchtmittel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Beleuchtungssystem mit einem Steuergerät sowie mindestens einem Betriebsgerät zum Betreiben von Leuchtmitteln gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13, ein Steuergerät zum Betreiben von Leuchtmitteln, mit einer Schnittstellenschaltung zum Empfang von digitalen Steuerbefehlen über eine Busleitung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 19.
Derartige Verfahren werden zur Ansteuerung von Betriebsgeräten für Leuchtmittel genutzt und werden in Beleuchtungssystemen verwendet, um Leuchtmittel mit Hilfe einer zentralen Steuereinheit ein- und auszuschalten und in der Helligkeit einzustellen. Üblicherweise werden dabei die Leuchtmittel von Betriebsgeräten angesteuert. Die Betriebsgeräte werden in Gruppen zusammengefasst und können von einer oder auch mehreren zentralen Steuereinheiten gesteuert werden. Mit dem Begriff Leuchtmittel werden sowohl Gasentladungslampen als auch Halogenlampen oder Leuchtdioden (LED) bezeichnet. Ein derartiges Leuchtmittel kann einzeln oder gemeinsam mit weiteren Leuchtmitteln in einer Leuchte angeordnet sein, die auch das Betriebsgerät enthalten kann.
Bei modernen Beleuchtungssystemen werden oftmals durch die zentrale Steuereinheit digitale Steuerbefehle an die Betriebsgeräte übersendet. Durch diese externen Steuerbefehle lassen sich insbesondere Helligkeitswerte vorgeben, um verschiedene Beleuchtungszustände zu erreichen. Die Betriebsgeräte können mit einer Adresse versehen sein, um eine einzelne oder auch gruppenweite Ansteuerung durch die zentrale Steuereinheit zu ermöglichen.
Ein weit verbreitetes Steuerungsverfahren ist die Ansteuerung von Beleuchtungssystemen gemäß DALI (Digital Adressable Lighting Interface) Standard. Dieser Standard definiert eine Schnittstelle und ein Übertragungsformat zur digitalen Ansteuerung von Betriebsgeräten, wobei für die einzelnen Betriebsgeräte Adressen vergeben werden können. Die Betriebsgeräte können über die externen Steuerbefehle ein- und ausgeschaltet oder in der Helligkeit gesteuert werden, zudem kann eine spezielle Betriebsbedingung wie ein Notbeleuchtungszustand initiiert werden und Fehlermeldungen abgefragt werden.
Der DALI Standard ist 16 Bit Manchester-Code, der eine maximale Dimmgeschwindigkeit bei einer Helligkeitsänderung von 1% bis 100% in knapp 0,7 Sekunden ermöglicht.
Der Hochpegel liegt im Bereich von ungefähr 16V, der niedrige Pegel bei einer Spannung von ungefähr 0 Volt.
Moderne Betriebsgeräte mit Schnittstelleneinrichtung können zwar bei Empfang eines Abschaltbefehls das Leuchtmittel deaktivieren und auch ihre eigenen Verluste in solch einem Stand-by Betrieb senken, allerdings sind die Steuerschaltungen der Betriebsgeräte immer noch aktiv und es erfolgt auch keine Trennung des Leistungsteils vom Netz, wodurch die Betriebsgeräte auch im Stand-by Betrieb eine Blindleistung und meist auch eine kleine Wirkleistung aufnehmen. Diese Blindleistung ist gerade bei Betriebsgeräten für Leuchtmittel, die z.B. in modernen Bürogebäuden in großer Zahl eingesetzt werden, von den Netzversorgern unerwünscht und sollte möglichst gering gehalten werden. Auch die Stand-by Wirkleistungen addieren sich bei größeren Installationen auf einen beträchtlichen Betrag welcher möglichst minimiert werden soll. Der sogenannte Stand-by Betrieb wird im allgemeinen auch als Ruhezustand bezeichnet. Als Betriebszustand wird der Zustand bezeichnet, in dem zumindest mindestens ein Betriebsgerät ein Leuchtmittel betreibt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches die Ansteuerung von Betriebsgeräten durch eine Steuereinheit ohne die oben genannten Nachteile bzw. unter einer deutlichen Reduzierung dieser Nachteile ermöglicht.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und für eine gattungsgemäße Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 13 und 19 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Lösung zur Steuerung von Betriebsgeräten beruht auf dem Gedanken, dass ein Steuergerät, welches digitale Steuerbefehle empfangen kann und bei einem entsprechenden Ausschaltbefehl die angeschlossenen Betriebsgeräte vom Netz trennen kann, weiterhin digitale Steuerbefehle empfangen und den letzten Steuerbefehl abspeichern kann.
Auf diese Weise ist es möglich, bereits bestehende Betriebsgeräte mit einer Schnittstelleneinrichtung in das Beleuchtungssystem einzubinden und die Leistungsaufnahme in einem Ausschaltzustand stark zu reduzieren. Es ist keine Anpassung der einzelnen Betriebsgeräte notwendig, sondern nur ein zentrales Steuergerät, welches die Netztrennung übernehmen kann.
Ein Steuerbefehl ist gemäß der Erfindung nicht nur ein Einschaltbefehl, Ausschaltbefehl oder neuer Helligkeitswert, der an ein Betriebsgerät übertragen werden kann, sondern kann auch erweiterte Informationen enthalten. Insbesondere kann eine Farbinformation bzw. ein Farbbefehl, eine Adresse, eine Zustandsinformation oder ein Fehlersignal als Steuerbefehl übertragen werden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Empfangen von Steuerbefehlen durch ein Betriebsgerät von Leuchtmitteln. Das Betriebsgerät weist eine Treiberschaltung zum Betreiben des Leuchtmittels auf. Zum Empfang und zur Auswertung der Steuerbefehle weist das Betriebsgerät eine Schnittstellenschaltung auf. Gemäß der empfangenen Steuerbefehle kann das Betriebsgerät über die Treiberschaltung den Betrieb und die Helligkeit des Leuchtmittels steuern.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Die vorliegende Erfindung kann bei sämtlichen Arten von Betriebsgeräten für Leuchtmittel eingesetzt werden. Dabei ist die Anwendung von ganz verschiedenen Leuchtmitteln möglich, es können insbesondere Gasentladungslampen, Halogenlampen oder auch anorganische oder organische Leuchtdioden eingesetzt werden.
Das Betriebsgerät 1 und das Steuergerät 10 sind Bestandteil eines Beleuchtungssystems A.
Zusätzlich können weitere Steuergeräte 11 an die Busleitung 21 angeschlossen sein.
Die verschiedenen Steuergeräte 11 werden auch als Aktuatoren bezeichnet und können verschiedene Sensoren wie beispielsweise Bewegungs- oder Helligkeitssensoren aber auch durch einen Benutzer steuerbare Aktuatoren wie beispielsweise Schalter, Taster oder auch berührungsempfindliche Bildschirme mit einem Benutzerinterface zur Beleuchtungssteuerung sein.
Die Busleitung 21 ist als zweidrahtige Datenleitung ausgebildet, die als Steuerbefehl ein Digitalsignal mit einer niedrigen Gleichspannung überträgt. Über die Busleitung 21 wird beispielweise eine Datenübertragung gemäß DALI Standard übertragen. Die Schnittstellenschaltung 4 und das Steuergerät 10 sind in der Lage, Steuerbefehle gemäß dem DALI Standard zu empfangen.
Anzumerken ist, dass die Datenübertragung der Steuerbefehle über die Busleitung 21 nicht drahtgebunden erfolgen muß, sondern sie kann beispielsweise drahtlos über eine Funkverbindung oder über eine Power Line Communication (PLC) über das Stromversorgungsnetz 20 übertragen werden. Für die genannten Übertragungsvarianten existieren jeweils standardisierte Übertragungsverfahren analog zu dem DALI Standard für drahtgebundene Datenübertragung, wobei gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine abgeänderte Datenübertragung über die gleiche Busleitung 21 erfolgen kann.
Das Steuergerät 10 kann über die Busleitung 21 einzelne oder mehrere Betriebsgeräte 1 von Leuchtmitteln steuern, wobei es digitale Steuerbefehle empfangen und auch aussenden kann. Bei einem entsprechenden Ausschaltbefehl auf der Busleitung 21, welcher durch das Steuergerät 10 empfangen und ausgewertet wird, kann das Steuergerät 10 die angeschlossenen Betriebsgeräte 1 vom Netz trennen, um deren Leistungsaufnahme auf 0 zu senken. Es werden dadurch die Betriebsgeräte 1 vom Betriebszustand in einen Ruhezustand überführt. Somit ist eine deutliche Reduktion der Stand-By Verluste des Beleuchtungssystems möglich. Das Steuergerät 10 überwacht weiterhin die Busleitung 21 auf Steuerbefehle und kann diese abspeichern.
Da die Betriebsgeräte 1 durch das Trennen von der Netzversorgung komplett deaktiviert werden, kann auch die interne Steuerschaltung nicht weiter betrieben werden. Während dieser Abschaltung haben die Betriebsgeräte 1 jedoch aufgrund ihrer deaktivierten Steuerschaltung keine Möglichkeit, die auf der Busleitung gesendeten Steuerbefehle zu empfangen. Da diese Steuerbefehle verschiedene Informationen oder Abfragen enthalten können, können diese Steuerbefehle aber für die abgeschalteten Betriebsgeräte 1 relevant sein.
Wenn die Netzversorgung wieder zugeschaltet wird, müssen die Betriebsgeräte 1 erst wieder anlaufen, vor allem muß erst ihre Steuerschaltung initialisiert werden. Sofern ein Wiedereinschaltbefehl für die Betriebsgeräte 1 gesendet wird, können die Betriebsgeräte 1 diesen Steuerbefehl jedoch aufgrund ihrer Abschaltung nicht empfangen. Die Busleitung 21 wird durch das Steuergerät 10 auf Steuerbefehle überwacht, auch während der Ausschaltphase. Während dieser Ausschaltphase kann das das Steuergerät 10 alle auf der Busleitung 21 gesendeten Steuerbefehle empfangen, auswerten und speichern. Das Steuergerät 10 empfängt diesen Wiedereinschaltbefehl, speichert ihn ab und schaltet für die entsprechenden Betriebsgeräte 1 die Netzversorgung wieder zu, diese Betriebsgeräte 1 werden somit vom Ruhezustand in den Betriebszustand überführt. Aufgrund der zugeschalteten Netzversorgung beginnen die Betriebsgeräte 1 ihren Hochlauf und initiieren ihre Steuerschaltung. Nach der erfolgten Verbindung der Betriebsgeräte 1 mit der Netzversorgung sendet das Steuergerät 10 die empfangenen und abgespeicherten Steuerbefehle an die Betriebsgeräte 1. Sobald diese Steuerschaltung wieder aktiv ist, können die Betriebsgeräte 1 wieder Steuerbefehle empfangen.
Da im allgemeinen die Betriebsgeräte 1 bei einem Zuschalten der Netzversorgung das Leuchtmittel mit dem maximal möglichen Helligkeitswert ansteuern, kann dies zu einem für den Beobachter unschönen Leuchtmittelstart führen. Die unterschiedlichen am Markt verfügbaren Betriebsgeräte 1 weisen sehr unterschiedliche Steuerschaltungen auf und können somit auch ein unterschiedliches Anlaufverhalten aufweisen.
Wenn zum Beispiel eine sehr niedrige Helligkeit vom Beobachter gewünscht wird und bei einem vorher ausgeschalteten Beleuchtungssystem A dementsprechend ein derartiger Steuerbefehl über ein Steuergerät 11 an das Beleuchtungssystem A gesendet wird, würden in einem ungünstigen Fall die Betriebsgeräte 1 erst mit der maximalen Helligkeit starten und erst nachdem das Steuergerät 10 den Steuerbefehl den Steuerbefehl ausgesendet hat, auf den niedrigen Helligkeitswert wechseln. Um alle möglichen Betriebsgeräte 1 ansteuern zu können, müsste eine gewisse Zeit als Reserve für einen sicheren Hochlauf der Betriebsgeräte 1 einkalkuliert werden und der Steuerbefehl könnte erst nach einer gewissen Zeit an die Betriebsgeräte 1 gesendet werden.
Um ein möglichst schnelle Reaktion durch die Betriebsgeräte 1 auf die gesendeten Steuerbefehle zu erreichen, kann das Steuergerät 10 die Steuerbefehle mehrmals hintereinander aussenden. Somit kann sichergestellt werden, dass unabhängig vom Hochlaufverhalten der Steuerschaltung die Betriebsgeräte 1 möglichst schnell den Steuerbefehl übermittelt erhalten.
Ein Wiedereinschaltbefehl kann unterschiedliche Steuerbefehle zur Ursache haben. Es kann ausgehend von einem ausgeschalteten Beleuchtungssystem A (aufgrund des geforderten Helligkeitswertes von 0) ein Helligkeitswert größer 0 gefordert werden. Es kann aber auch eine spezielle Beleuchtungssituation wie ein Notlichtbetrieb signalisiert werden. (weitere Beispiele?)
Ein Ausschaltbefehl ist kann beispielsweise ein Steuerbefehl zum Erreichen des Helligkeitswertes 0 sein, es kann aber auch ein Steuerbefehl zum Selektiven deaktivieren von einzelnen Betriebsgeräten 1 sein.
Ein Ausschaltzustand bzw. eine Ausschaltphase kann durch das Senden eines Ausschaltbefehls initiiert werden und bedeutet, dass zumindest einzelne Betriebsgeräte 1 abgeschaltet werden.
Die Netzankopplung und Netztrennung der Betriebsgeräte 1 von der Netzversorgung erfolgt durch einen Netzunterbrecher 5. Dieser Netzunterbrecher 5 kann ein Schalter wie zum Beispiel ein Halbleiterschalter oder ein Relais sein. Der Netzunterbrecher 5 kann in das Steuergerät 10 integriert sein oder aber durch einen Steuerausgang des Steuergerätes 10 angesteuert werden.
Das Steuergerät 10 kann mehrere unabhängige Netzankopplungen und somit voneinander unabhängige Betriebsgeräte 1 ansteuern, indem es mehrere Netzankopplungen ansteuern kann bzw. integriert hat. Die voneinander unabhängigen Betriebsgeräte 1 können durch unterschiedliche Adressen voneinander unterschieden werden.
Das Steuergerät (10) kann zum Zwecke des Wiederaussenden des Wiedereinschaltbefehls die empfangenen Steuerbefehle abspeichern. Es kann entweder immer nur den zuletzt empfangenen Steuerbefehl abspeichern oder zwischenspeichern oder aber die gesamte Abfolge der über die Busleitung 21 empfangenen Steuerbefehle abspeichern. Somit kann es nach dem erfolgten Zuschalten der Betriebsgeräte 1 die während der Ausschaltphase auf der Busleitung 21 gesendeten Steuerbefehle noch im nachhinein an die Betriebsgeräte 1 senden. Aut diese Weise können die Betriebsgeräte 1 auch zu einem späteren Zeitpunkt noch konfiguriert werden und über Steuerbefehle ausgesendete Informationen erhalten. Somit kann eine Änderung der Konfiguration des Beleuchtungssystems auch während des Ausschaltzustandes der Betriebsgeräte 1 erfolgen. Dies wäre der Fall, wenn zum Beispiel in einem Bürogebäude bei ausreichendem Tageslicht keine Beleuchtung durch die Betriebsgeräte 1 erforderlich ist und diese abgeschaltet sind, aber durch einen Benutzer die Konfiguration des Beleuchtungssystems angepasst werden soll. Somit kann ohne Einschalten der Leuchtmittel eine Anpassung während solch einer Ausschaltphase eine Änderung der Konfiguration durchgeführt werden.
Die Wiederholrate für das wiederholte Aussenden eines Steuerbefehls durch das Steuergerät 10 nach dem Zuschalten der Netzankopplung kann durch den Benutzer wählbar sein.
Die Konfiguration kann zum Beispiel bestimmte Beleuchtungsszenen oder Verhaltensmuster für das Beleuchtungssystem und die Betriebsgeräte 1 bestimmen.
Weiterhin kann das Steuergerät 10 selbstständig zu den übertragenen Steuerbefehlen eine Anpassung der Reihenfolge der gesendeten Steuerbefehle durchführen oder aber auch weitere Steuerbefehle hinzufügen oder auch bestimmte Steuerbefehle weglassen. Auf diese Weise kann zum Beispiel ein für den Beobachter angenehmerer Start der Leuchtmittel erreicht werden, wenn von einem Ausschaltzustand auf eine hohe Helligkeit gewechselt wird. Das Steuergerät würde in diesem Fall nicht sofort den gewünschten hohen Helligkeitswert senden, sondern erst einen niedrigeren Helligkeitswert und nach einer zeitlichen Verzögerung den gewünschten hohen Helligkeitswert. Alternativ kann auch nach dem Zuschalten der Netzankopplung zuerst ein genereller Ausschaltbefehl an die betroffenen Betriebsgeräte 1 gesendet werden, und erst darauf folgend der gewünschte Helligkeitswert.
Die Energieversorgung des Steuergerätes 10 und der Steuergeräte 11 kann über eine Busversorgung 12 erfolgen. Dabei kann die Busversorgung 12 die Busleitung 21 speisen, indem eine Übertragung nach dem sogenannten 'Active Low' Prinzip angewendet wird. Bei einer solchen Übertragung liegt dauerhaft ein Pegel von beispielweise 12V an, solange keine Daten übertragen werden. Im Fall einer Datenübertragung wird der Pegel zum Übertragen eines Bit auf einen Pegel unter beispielsweise 2V gezogen wird.
Auf diese Weise liegt eine dauerhafte Spannung auf der Busleitung 21 an und somit ist eine Versorgung der Steuergeräte 10 und 11 über die Busleitung 21 möglich.
Durch die Energieversorgung der Steuergeräte 10 und 11 über die Busversorgung 12 ist eine effiziente Versorgung dieser Steuergeräte möglich, da nur an einer zentralen Stelle die Netzspannung auf die für die Versorgung der Steuergeräte 10 und 11 erforderliche Niedervoltspannung heruntergesetzt werden muß.
Die Energieversorgung für die Steuergeräte 10 und 11 über die Busversorgung 12 kann auch während einer Ausschaltphase der Betriebsgeräte 1 aufrecht erhalten bleiben, da durch die zentrale Busversorgung 12 eine energetisch sehr effiziente Versorgung gegeben ist und die gesamte Leistungsaufnahme des Beleuchtungssystems in diesem Fall drastisch reduziert werden kann.
Alternativ kann das Steuergerät 10 über eine eigene Energieversorgung verfügen, die direkt an die Netzversorgung gekoppelt ist.
Das Steuergerät 10 kann den Zustand der Betriebsgeräte 1 über die Busleitung 21 abfragen. Weiterhin kann das Steuergerät 10 auch über direkt verbundene Taster oder Schalter, durch eine Schnittstelle zu einem Programmiergerät, durch einen Touchscreen oder andere Einstellmöglichkeiten auch direkt durch einen Benutzer konfiguriert und gesteuert werden. Durch die direkte Steuermöglichkeit kann der Benutzer auch Steuerbefehle wie beispielsweise Helligkeitswerte vorgeben.
Um eine einfache Installation des Steuergerätes 10 zu ermöglichen, kann das Steuergerät 10 in einem DIN Stromschienengehäuse untergebracht sein.
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