Benutzer:CJa/digitalSTROM

digitalSTROM ist ein Bus-System zur Steuerung und Überwachung elektrischer Verbraucher über das vorhandene Stromnetz. Kernstück ist ein in den jeweiligen Verbraucher integrierter, kostengünstiger, Chip der bei Netzspannung betrieben wird (Hochvolt Chip). Das System befindet sich noch (Stand Februar 2009) vor der allgemeinen Markteinführung die für Anfang 2010 geplant ist.

Geschichte

Die Technik beruht auf einem von Wilfried Beck und Ludger Hovestadt erfundenen und 2006 patentierten[1] neuartigen Übertragungsverfahren. Im Jahre 2007 gründete sich an der ETH Zürich die digitalSTROM Alliance, ene Non-Profit-Organisation, die daran arbeitet digitalSTROM zu einem weltweiten Standard zu entwickeln. Die von den Erfindern gegründete aizo ag entwickelt und vermarktet die Systemkomponenten der digitalStrom Technik.

Technik

Datenübertragung

digitalSTROM Überträgt die Daten direkt über die Stromleitung ohne weitere Leitungen zu benötigen. Das Nutzsignal wird aufmoduliert indem in der Nähe des Nulldurchgangs der sinusförmigen Netzspannung die Wirkleistung des angeschlossenen Verbrauchers für einige Millisekunden erhöht oder vermindert wird.

Die Modulation erfolgt in der Nähe des Nulldurchgangs der Netzspannung, da zu diesem Zeitpunkt die Wirkleistung bezogen auf den Maximalwert gering ist und auch größere Veränderungen typ. 10% nur geringe Auswirkungen auf Verbraucher und Netz haben.

Bisherige Datenübertragungssysteme die die Stromleitung nutzen modulieren ein hochfrequentes Signal auf die Netzspannungspannung auf, digitalSTROM moduliert im Gegensatz dazu die Leistung. Vereinfacht ausgedrückt wird bei digitalSTROM die Menge an fließendem Strom gemessen und ausgewertet während bisherige Verfahren die Höhe der Voltstromspannung auswerten. Daher beinflussen sich beide Verfahren nicht und können ohne gegenseitige Störung im gleichen Stromkeis betrieben werden.

Buszugriff

Jeder Busteilnehmer bekommt vom Master einen bestimmten Spannungswert der Netzspannung vorgegeben bei dem er die Wirkleistung des Verbrauchers modifizieren kann.

Architektur

digitalSTROM verwendet eine Master/Slave Architektur. Das System besteht aus folgenden Komponenten.

dSM digitalSTROM-Meter

Busmaster, im Prinzip ein inteligenter hochempfindlicher und hochgenauer Strommesser, ist für jeden abgesicherten Stromkreis erforderlich. Der dSM hat eine Bauform ähnlich einem Leitungsschutzschalter zur Hutschinenmontage in der Elektroverteilung.

der dSM kommuniziert über das proprietäre digitalSTROM-Protokoll über die der Netzleitung mit den Clients im Stromkreis und über dS485, eine Modifikation von EIA-485, mit anderen dSM sowie mit dem dSS.

dSID

digitalSTROM-Identification-Device

Slave, jeder dSID enthält eine weltweit eindeutige 48 Bit Identifikationsnummer. In jedem Stromkreis können bis zu 1000 Clients (Slaves) vorhanden sein. Der Chip ist als Hochvoltchip ausgelegt, der bei Netzspannung betrieben wird. Er hat eine Baugröße von ca. 6 x 4 mm.

dSS

digitalSTROM-Server

Server der die einzelnen digitalSTROM-Meter vernetzt und die Verbindung zu anderen Applikationen bereitstellt. Der dSS hat eine Bauform ähnlich einem Leitungsschutzschalter zur Hutschinenmontage in der Elektroverteilung. Er kommuniziert über dS485 mit den angeschlossenen dSM sowie über TCP/IP mit anderen Applilkationen.

Protokolle

digitalSTROM-Protokoll

auf der 230/110V-Leitung zwischen dSM und dSID

dS485 in Abwandlung von RS 485

zwischen dSM und dSM sowie zwischen dSM und dSS

TCP/IP

zu den Webservices

UDI

zwischen dSID und dSL

Bedienung

Schalter und Taster

Die Basisfunktionen von digitalSTROM sind über den herkömmlichen Lichtschalter steuerbar. Das Licht lässt sich damit wie gewohnt ein- und ausschalten. Durch mehrmaliges Drücken des Schalters können Sie zwischen verschiedenen Lichtstimmungen wechseln. Mit einem Taster geht das im Vergleich zum herkömmlichen Schalter bereits viel einfacher: Ein- und Ausschalten, Erzeugen von Lichtstimmungen sowie Dimmen.

Für die Steuerung verschiedener Anwendungen mit nur einem Schalter wurde ein Taster entwickelt mit einer farbigen Leutchtdiode in der Mitte. Mit einem einzigen Klick lässt sich zwischen den verschiedenen Farben und damit zwischen den verschiedenen Anwendungen wechseln. Daneben gibt es eine Fernbedienung, die auf dem gleichen Prinzip aufbaut.

So lassen sich alle Geräte, ob Jalousien, Stereoanlage oder Klimaanlage, nach dem gleichen Prinzip steuern.

Farbkonzept

Ein durchdachtes Farbkonzept erlaubt auf den dafür vorgesehenen Schaltern nicht nur die Steuerung einer Gerätegruppe, sondern der Geräte eines ganzen Raumes. Das Farbschema macht Beschriftungen unnötig. So können Sie überall auf der Welt ein digitalSTROM-Haus problemlos bedienen.

• magenta: Video
  • play/pause
  • laut/leise
  • next/prev
• rot: Sicherheit
  • ein/aus
  • Tag/Nacht
  • kommen/gehen
• grün:Zugang
  • auf/zu
  • Tag/Nacht
• gelb: Licht
  • ein/aus
  • hell/dunkel
  • Tag/Nacht
• grau: Schatten
  • oben/unten
  • hell/dunkel
  • Tag/Nacht
• blau: Klima
  • ein/aus
  • warm/kalt
  • Tag/Nacht
• cyan:
  • play/pause
  • laut/leise
  • next/prev

Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen verzichtet digitalSTROM wenn möglich auf die grafische Darstellung des Grundrisses. Diese müsste aufwändig für jeden Raum und jede Änderung der Raumausstattung neu erstellt werden. Sie schränkt die spätere Flexibilität ein. Wo gewünscht und nötig, wird aber selbstverständlich auch bei digitalSTROM mit Grafiken gearbeitet. Genauso ist es möglich, anstatt einem mehrere Schalter zu verwenden.

Programmierung

Die Programmierung der digitalSTROM-Geräte erfolgt entweder über die normalen Taster oder – bei komplexeren Programmierungen – über eine Software. Änderungen sind jederzeit und ohne großen Aufwand möglich.

Zudem erlaubt digitalSTROM auch das Anlegen personalisierter Profile. Speichern Sie Ihre persönlichen Vorlieben (z. B. Musik, aber auch Lichtstimmungen und Temperaturprofile) und nehmen Sie sie überallhin mit. Mit dieser einen, personalisierten Fernbedienung lassen sich Funktionen wie Licht, Musik, Klima, Fernsehen etc. in jedem mit digitalSTROM ausgestatteten Raum einheitlich bedienen

dSID (Hochvolt-Chip)

Ein digitalSTROM-Slave besteht im Kern aus einem digitalSTROM-Chip (dSC), einem Mikroprozessor (µP) und optional einer 230V-Leistungsendstufe. Die auf ein Trägermaterial vergossene Kombination wird als dSID-Chip bezeichnet und trägt eine weltweit eindeutige Kennnummer. Der speziell entwickelte dSC ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation über die 230V-Stromleitung, so dass sich mehrere dSIDs über ein digitalSTROM-Meter (dSM) vernetzen lassen. Das Funktionsspektrum des dSID reicht von Mess-, Steuer- und Regelungsaufgaben im Bereich der Hausautomation bis zur Kommunikation mit externen Geräten über eine galvanisch getrennte Niedervolt-Schnittstelle.

dSM (Meter)

Der digitalSTROM-Meter (dSM) ist zentraler Knotenpunkt (Master) im digitalSTROM-Kreis. Durch ihn wird aus dem bisherigen 230V-Stromkreis ein Stromkreis, über den digitalSTROM-fähige Geräte (dS-ready) kommunizieren können. Neben der Kommunikation dient er auch als Sub-Meter für die in diesem Stromkreis angeschlossenen Geräte. Weiterhin verfügt der dSM über eine serielle Bus-Schnittstelle (dS485), mit der im Rahmen der Raumautomation stromkreisübergreifend Daten ausgetauscht werden; zum Beispiel Schaltfunktionen über mehrere Räume hinweg.

dSD (Komponenten)

Die digitalSTROM-Klemme Licht (dSD210) in der Form M (Medium) ist für den Anschluss elektrischer Verbraucher, z. B. Deckenleuchten, vorgesehen. Durch ihre Bauform und die Montage in der Zuleitung lassen sich handelsübliche Leuchten in digitalSTROM-fähige Leuchten umwandeln..

Dadurch sind die Leuchten neben ihrer herkömmlichen Betriebsart wahlweise auch über digitalSTROM steuerbar und somit Teil der digitalSTROM-Raumautomation.

Weiterhin besitzt die Klemme einen integrierten Effektivwertdimmer. Angeschlossene Verbraucher können sowohl über digitalSTROM Befehle ausführen als auch mittels lokalem Taster-Eingang geschaltet und gedimmt werden.

dSS (Server)

Der digitalSTROM-Server (dSS) bildet die Hierarchieebene oberhalb der Räume für raumübergreifende Kommunikation und die Schnittstelle zu digitalSTROM-fremden Komponenten, z. B. anderen Hausbussystemen. Seine dS485-Schnittstelle dient zur Kommunikation mit anderen dS-Komponenten (z. B. digitalSTROM-Meter). Eine zusätzliche serielle Schnittstelle COM erlaubt die Anbindung von Modems oder speziellen Komponenten, unter anderem für Wartungszwecke. Der integrierte Webserver ermöglicht den Zugriff auf das digitalSTROM-System über Standard-TCP/IP-Netze wie das Internet. Der Netzwerkanschluss dient auch zur Einbindung in andere Automatisierungssysteme.

Anwendungsbereiche

digitalSTROM lässt sich immer dann verwenden, wenn stromverbrauchende Geräte im Einsatz sind. digitalSTROM erhöht den individuellen Komfort und die individuelle Kontrolle des Energieverbrauchs. Daneben bietet digitalSTROM zur Vernetzung auch über den Haushalt hinaus zukunftsweisende Möglichkeiten für den Umgang mit Energie.

STEUERUNG

Einfache Steuerung von Geräten über Schalter oder Gebäudeautomationssoftware.

digitalSTROM kommt immer dann zur Anwendung, wenn es in Wohnungen oder Gebäuden irgendetwas zu steuern gibt, egal ob Licht, Klimaanlage, Jalousien, Stereoanlage oder Sicherheit etc. Mit digitalSTROM können bis zu 10'000 Geräte über eine einzige Stromleitung miteinander kommunizieren und aufeinander reagieren.

Beleuchtung steuern durch Dimmen und Szenenschalten Dimmen und Schalten von Steh- und Tischleuchten von der Türe aus Zentral-Aus-Funktionen beim Verlassen der Wohnung (Zentralverriegelung) Steuerung von Jalousien, Markisen etc. Steuern von Heizung, Lüftung und weiteren Haustechnikfunktionen vom Lichtschalter aus Ansteuern von Radio und Fernsehern über Lichtschalter (ein/aus, lauter/leiser, Programmwechsel vor/zurück) Ansteuern aller oben aufgeführten Geräte über Internet, PDA oder Fernsteuerung

STROMMESSUNG

Genauigkeit bis aufs Gerät und detaillierte Abrechnungen wie bei Telekommunikationsanbietern sind Möglichkeiten, die digitalSTROM bietet.

Strommessung digitalSTROM ist ein Strommess-System. Es verfeinert die bisher sehr rudimentäre Stromzählung je Hauszähler um zwei Ebenen:

Ebene 1 In einem mit digitalSTROM-Meter dSM ausgerüsteten Haus lässt sich die Stromzählung in Zonen verfeinern. Jede Zone definiert sich durch den Stromkreis, der mit einer Sicherung versehen ist. Je Stromkreis misst ein dSM den Stromverbrauch seines Stromkreises. Als Referenzwert dient der geeichte Wert des Hauszählers. Je nach Messbedürfnis lassen sich die Stromkreise als Ordnungskriterium für die gruppenweise Strommessung heranziehen.

Ebene 2 In einem mit dSM ausgerüsteten Haus lässt sich über die Zone hinaus eine verfeinerte Messung bis auf das einzelne Gerät vornehmen. Voraussetzung dafür ist, dass das zu messende Gerät mit einem digitalSTROM-Chip dSID ausgerüstet ist.

Der Meter dSM macht die auf Ebene 1 und Ebene 2 gemessenen Daten via Server dSS über Internetanschluss dem Kunden und bei Bedarf Dienstleister (z. B. Elektriker, Facility-Manager etc.) und Stromversorger zugänglich.

ENERGIE SPAREN

digtialSTROM braucht nicht nur wenig Energie und reduziert den Standby-Verbrauch, auch die genaue Messung erleichtert den bewussten Umgang mit Energie.

Energie sparen digitalSTROM bietet verschiedene Möglichkeiten des Energiesparens:

digitalSTROM-Geräte haben einen Stand-by-Verbrauch von unter 0,3 W. Mit digitalSTROM lassen sich Energiesparlampen dimmen. Die Strommessung für Zonen oder aufgeschlüsselt auf die einzelnen Geräte ergibt ein Feedback, das zu Strom sparendem Verhalten führt. Die Strommessung erlaubt, defekte Geräte zu erkennen, so dass sie bei Bedarf ersetzt werden können. Beim Verlassen der Wohnung lassen sich alle elektrischen Geräte wie Lampen, Kaffeemaschine, Bügeleisen, Herd etc. mit einem Tastendruck ausschalten. digitalSTROM schaltet auf Wunsch stufenweise Geräte aus, die längere Zeit nicht benötigt werden. digitalSTROM kann den aktuellen Stromverbrauch, z. B. durch ein kleines Steckerlämpchen, aufzeigen.

NETZMANAGEMENT

Netzmanagement ist ein wichtiges Thema für Energieversorgungsunternehmen. Privatpersonen profitieren damit vor allem von mehr Stabilität und Zuverlässigkeit sowie günstigeren Stromtarifen.

Netzmanagement digitalSTROM bietet Energieversorgungsunternehmen (EVU) bzw. Gebietskörperschaften neue Möglichkeiten, die Energieversorgung zu optimieren und Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Das bedingt, dass die Kunden einer Nutzung gewisser Daten durch das EVU zustimmen. Die Kontrolle über die Daten liegt jedoch immer bei Ihnen. Sie bestimmen, was Sie weitergeben möchten!

Folgende Funktionen sind dabei von Bedeutung:

Das EVU kann die digitalSTROM-Übertragungskette nutzen, sofern die Kunden dies zulassen. So kann das EVU einzelne oder ganze Gruppen von Stromverbrauchern vom Netz nehmen, um die Stromspitzen zu brechen oder Phasen günstiger Energie zu nutzen. Ihr Kühlschrank kann z. B. eine halbe Stunde, bevor der Strom teurer wird, nochmals richtig kühlen. Füllen Sie ihn aber neu, kühlt er selbstverständlich auch mit teurem Strom. Jeder digitalSTROM-Chip (dSID) misst laufend die Frequenz des Netzes. Bei Überlastung sinkt die Frequenz. Damit lassen sich Geräte gezielt ausschalten; die wichtigsten werden jedoch als letzte vom Netz genommen und bekommen als erste wieder Strom. EVUs haben die Möglichkeit, die Energierechnungen so weit zu detaillieren, dass sich der Verbrauch bzw. die Energiekosten je Gerät darstellen lassen. Die Kunden erhalten eine Rechnung, die der von Mobilfunkunternehmen gleicht: eine detaillierte Aufstellung des Stromverbrauchs. Dank dieser Information und durch differenzierte Tarifgestaltung können Kunden ihr Verbrauchsverhalten verändern und so Strom und Geld sparen.

DATA TRANSMISSION METHOD AND DEVICE FOR A/C SYSTEMS

Patent: EP1794895 (A1) Europa

(WO/2006/034866) World [2]

Weblinks

• Offizielle Homepage der digitalSTROM Alliance
• Hompage der aizo ag

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