DE19617915C2 - Anordnung zur Energieverteilung, in einem Flugzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mittels derartiger Anordnungen wird die in einem Flugzeug innerhalb des Energieversorgungssystems verfügbare elek­ trische Energie auf die einzelnen Verbraucher verteilt. Dabei stehen aus Sicherheitsgründen mehrere Energiequellen zur Verfügung, denen die Verbraucher über die verzweigte Verkabelung des Energieversorgungssystems nach einer all­ gemein üblichen Verfahrensweise fest zugeordnet sind. Wenn hierbei ein Energiezweig ausfällt, dann ist die Energie­ versorgung aller Verbraucher unterbrochen, die an diesen Zweig angeschlossen sind. Dabei kann es vorkommen, daß ein wichtiger, mit hoher Priorität ausgestatteter Verbraucher vom Ausfall betroffen ist, wohingegen ein relativ unwich­ tiger Verbraucher weiterhin mit Energie versorgt wird.

Aus der DE 44 22 991 C1 ist eine Schaltungsanordnung zum Bereitstellen eines ausfallsicheren Versorgungsnetzes aus mehreren redundanten Versorgungsnetzen für elektrische Ge­ räte bekannt. Bezüglich jeder einzelnen Phase des ausfall­ sicheren Versorgungsnetzes wird (unabhängig von den jeweils anderen Phasen des ausfallsicheren Versorgungsnetzes) auto­ matisch von einer der jeweiligen Phasen des ausfallsicheren Versorgungsnetzes auf eine entsprechende Phase eines weite­ ren redundanten Versorgungsnetzes umgeschaltet, wenn die der jeweils betreffenden Phase des ausfallsicheren Versorgungs­ netzes augenblicklich zugeordnete Phase des redundanten Ver­ sorgungsnetzes ausgefallen ist. Entsprechendes gilt in bezug auf die jeweiligen Nulleiter der angesprochenen Phasen des ausfallsicheren Versorgungsnetzes. Hierbei ist nicht vorge­ sehen, eine Zuschaltung von Verbrauchern unter Berücksich­ tigung von Prioritätsgesichtspunkten vorzunehmen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gat­ tungsgemäße Anordnung so auszubilden, daß die Zuordnung der Verbraucher zu den einzelnen Zweigen des Energieversorgungs­ systems trotz Ausfalls beliebiger Energieversorgungszweige unter Prioritätsgesichtspunkten weiterhin sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Dabei ist insbesondere von Vorteil, daß die Verfügbarkeit von Verbrauchern unter erschwerten Bedingungen der Energieversorgung sicherge­ stellt ist und daß bei einer Neuzuordnung der Verbraucher zu den Zweigen des Energieversorgungssystems auch die Auslas­ tung der einzelnen Versorgungsstränge berücksichtigt wird, um eine Überlastung des jeweiligen Versorgungsstranges zu vermeiden.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird die manuelle Eingabe von Konfigurationsdaten ermög­ licht, wobei vorteilhafterweise auch die Zuordnung der Ver­ braucher unter Prioritätsgesichtspunkten veränderbar ist.

Anhand der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 kann die Anordnung richtig auf einen Leitungsschaden in einem Versorgungsstrang reagieren, selbst wenn der betreffende Generator noch einwandfrei arbeitet.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Ener­ gieverteilung mit einer Energiesteuerungseinheit und mehreren Zuordnungseinheiten,

Fig. 2 interne Einzelheiten der Energiesteuerungsein­ heit und einer der Zuordnungseinheiten nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Zuordnungseinheit mit einer integrierten Statuseinheit.

In Fig. 1 wird eine entsprechende Anordnung zur Energieverteilung in einem Flugzeug am Beispiel der Stromversorgung für die Bordküchen dargestellt. Das Bild zeigt eine Anordnung mit einer Energieleitung 1, bestehend aus mehreren einzelnen Versorgungssträn­ gen 1a bis 1m, wobei im Zuge der Energieleitung 1 meh­ rere Verteiler 2, 3 und 4 angeordnet sind, an die jeweils über eine Stichleitung 5, 6 und 7 eine Verbrauchergrup­ pe 8, 9 und 10 angeschlossen ist. Innerhalb einer jeden Verbrauchergruppe 8, 9, 10 ist eine Zuordnungseinheit 11, 12 und 13 vorgesehen, die einerseits über die Stich­ leitungen 5, 6, 7 mit den Versorgungssträngen 1a bis 1m der Energieleitung 1 und andererseits mit den einzelnen Verbrauchern der jeweiligen Verbrauchergruppe in Verbindung steht. Jede Verbrauchergruppe umfaßt die im Bereich einer Bordküche angeordneten Verbrau­ cher. So schließt die Verbrauchergruppe 8 beispielswei­ se die im Bereich einer ersten Bordküche angeordneten Verbraucher ein, nämlich einen Ofen 14, einen Boiler 15, eine Kühlbox 16 sowie zwei weitere Öfen 17 und 18. In entsprechender Weise umfaßt die Verbrauchergruppe 9 den Bereich einer zweiten Bordküche mit einem Boiler 19, zwei Öfen 20 und 21 sowie einer Kühlbox 22. Die Verbrauchergruppe 10 umfaßt schließlich einen Boiler 23 und drei Öfen 24 bis 26. Zur Steuerung des Betriebs­ ablaufes ist eine zentrale Energiekontrolleinheit 27 vor­ gesehen, die beispielsweise in einem Elektronikraum 28 angeordnet ist. An die Energiekontrolleinheit 27 ist eine Datenleitung 29 und eine Eingabeleitung 30 angeschlos­ sen. Die Datenleitung 29 dient zur Eingabe automatisch erfaßter Informationen über den Zustand der Energie­ leitung 1. Die Eingabeleitung 30 verbindet die zentrale Energie­ kontrolleinheit 27 mit einer Eingabeeinheit 30a zur ma­ nuellen Eingabe von Konfigurationsdaten, die im we­ sentlichen aus einer Tastatur 31 und einem Bildschirm 32 besteht. Ausgangsseitig ist die zentrale Energiekontrolleinheit 27 über einen bidirektionalen Datenbus 33 mit den Zu­ ordnungseinheiten 11 bis 13 verbunden.

Während des Betriebes sind die einzelnen Verbrau­ cher einer Verbrauchergruppe 8, 9, 10 über die entspre­ chende Zuordnungseinheit 11, 12, 13 gemäß einer vor­ her festgelegten Konfiguration von Zuordnungen mit bestimmten Versorgungssträngen der Energieleitung 1 verbunden, was mittels digital ansteuerbarer individuel­ ler Leistungsschalter realisiert wird. Die betreffende Konfiguration ist innerhalb der zentralen Energiekontrolleinheit 27 abgespeichert und kann anhand der Tastatur 31 ge­ ändert werden. Hierdurch wird erreicht, daß eine Ände­ rung der Zuordnungen der Verbraucher zu den einzel­ nen Versorgungssträngen nicht mehr wie bisher durch eine Änderung der Installation, sondern nur noch per Befehlseingabe durchgeführt wird. Eine Neukonfiguration erfolgt aufgrund der Erfindung automatisch je nach Zustand des Versorgungssystems.

Fig. 2 zeigt die interne Schaltung der zentralen Energiekontroll­ einheit 27 und der Zuordnungseinheit 11 nach Fig. 1 innerhalb der Anordnung zur Energieverteilung. Die zentrale Energiekontrolleinheit 27 übernimmt in der Ge­ samtanordnung eine zentrale Steuerfunktion und um­ faßt eine Prioritätsmatrix 34, im folgenden kurz Prioma­ trix genannt, eine Standardmatrix 35, einen Auswahl­ prozessor 36, eine Sende-Einheit 37 und eine Last-Rück­ melde-Einheit 38. Die Priomatrix 34 enthält eine Liste, in der die Verbraucher nach ihrer Priorität geordnet sind, und ist eingangsseitig über die Datenleistung 29 mit einer externen Statuseinheit 44 und über eine Datenleitung 46 mit der Standardmatrix 35 verbunden. Ausgangsseitig steht die Priomatrix 34 über eine Leitung 47 mit dem Auswahl­ prozessor 36 in Verbindung. Weiterhin erhält der Aus­ wahlprozessor 36 Informationen über eine Leitung 48 von der Last-Rückmelde-Einheit 38. Die Ausgangs­ signale des Auswahlprozessors 36 gelangen über eine Leitung 49 in die Sende-Einheit 37, die ihrerseits digitale Signale über den Datenbus 33 an die Zuordnungseinheiten 11 bis 13 weiterleitet.

Die Zuordnungseinheit 11 umfaßt eine mit dem Da­ tenbus 33 verbundene Empfangsstufe 39, einen Lastmo­ nitor 40, eine Zuordnungssteuereinheit 41, einen Lei­ stungsschalter 42 und einen Lastsensor 43. Die Emp­ fangsstufe 39 leitet die empfangenen Informationen und Befehle an den Lastmonitor 40 bzw. an die Zuordnungs­ steuereinheit 41 über interne Leitungen 50 bzw. 51 wei­ ter. Die Zuordnungssteuereinheit 41 steht ihrerseits über eine Datenleitung 52 mit dem Leistungsschalter 42 in Verbindung, dessen Ausgänge mit den einzelnen Ver­ brauchern 14 bis 18 verbunden sind. Die Stichleitung 5 ist mit den Versorgungssträngen 5a bis 5m zum Lei­ stungsschalter 42 geführt und passiert den Lastsensor 43. Ausgangsseitig steht der Lastsensor 43 über eine Leitung 53 mit dem Lastmonitor 40 und über eine Lei­ tung 54 mit der Zuordnungssteuereinheit 41 in Verbin­ dung.

Wird die Anordnung im Normalfall, das heißt bei stö­ rungsfreien Systemen, in Betrieb gesetzt, so erfolgt die Energieversorgung der einzelnen Verbraucher entspre­ chend der in der Standardmatrix abgespeicherten Zu­ ordnungsbefehle. Diese Befehle betreffen diejenige Zu­ ordnung der Verbraucher, die für einen Betrieb mit stö­ rungsfreien Energie-Erzeugungssystemen optimal ist. Hierzu laufen innerhalb der Energiesteuerungseinheit 27 folgende Funktionen ab. Die in der Standardmatrix 35 abgespeicherte Zuordnung wird in digitaler Form an die Priomatrix 34 weitergeleitet, in der auch die von der externen Statuseinheit 44 gelieferten Informationen vor­ liegen. Aufgrund einer integrierten Logik wird geprüft, ob die externe Statuseinheit 44 einen intakten Betrieb der Ener­ gieerzeugung meldet. Ist dies der Fall, so liefert die Prio­ matrix 34 an den Auswahlprozessor 36 entsprechende Signale, die den Befehl enthalten, bei den weiter ablau­ fenden Operationen die in der Standardmatrix vorlie­ genden Zuordnungen zu berücksichtigen. Der Auswahl­ prozessor 36 prüft seinerseits, ob über die Leitung 30 manuell eingegebene Zuordnungsbefehle vorliegen. Ist dies nicht der Fall, gibt der Auswahlprozessor 36 den von der Priomatrix 34 erhaltenen Befehl praktisch in un­ veränderter Form an die Sende-Einheit 37 weiter. Der Auswahlprozessor hat außerdem die Funktion, die Be­ lastbarkeit der einzelnen Stromerzeugerkreise rechne­ risch zu ermitteln und entsprechende Grenzwerte fest­ zulegen. Die Sende-Einheit 37 speist die betreffenden vom Auswahlprozessor 36 gelieferten Signale in den Datenbus 33 ein, nachdem sie in das für diesen Bus kompatible digitale Format umgesetzt wurden. Da meh­ rere Zuordnungseinheiten 11 bis 13 an den Datenbus 33 angeschlossen sind, wird jede dieser Einheiten von der Sende-Einheit 37 gezielt adressiert und mit individuellen Zuordnungsbefehlen versehen.

Seitens einer Zuordnungseinheit, beispielsweise der mit 11 bezeichneten, ergibt sich nach Eintreffen eines Signals über den Datenbus 33 folgender Funktionsab­ lauf. Das Signal gelangt vom Datenbus 33 in die Empfangsstu­ fe 39 und wird hier für den Lastmonitor 40 aufbereitet und an diesen weitergeleitet. Gleichzeitig erfolgt eine entsprechende Weiterleitung von Signalen an die Zu­ ordnungssteuereinheit 41, in der aufgrund der betreffen­ den eingehenden Signale konkrete Schaltbefehle für den Leistungsschalter 42 erzeugt werden. Diese Schalt­ befehle führen im Falle ihrer Ausführung zu eben der Zuordnung der Verbraucher zu den Strängen der Stich­ leitung 5, die innerhalb der Standardmatrix 35 für die an die Zuordnungseinheit 11 angeschlossenen Verbraucher 14 bis 18 abgespeichert ist. Während des Betriebes wird die konkret vorliegende individuelle Belastung eines je­ den Versorgungsstranges der Stichleitung 5 durch den Lastsensor 43 gemessen und die Meßwerte sowohl dem Lastmonitor 40 als auch der Zuordnungssteuereinheit 41 mitgeteilt. Der Lastmonitor 40 bereitet die Meßwer­ te für den Datenbus 33 auf und leitet sie über diesen zurück an die Last-Rückmelde-Einheit 38. Die Zuord­ nungseinheit 41 vergleicht die von der Empfangsstufe 39 erhaltenen Werte mit den vom Lastsensor 43 gelieferten und berücksichtigt diese bei der Erzeugung der Schalt­ befehle für den Leistungsschalter 42. Liegen die vom Lastsensor 43 gemessenen Werte innerhalb des jeweils zulässigen Rahmens, so werden die von der Standard­ matrix 35 gelieferten Zuordnungen zur Realisierung freigegeben.

Die vorbeschriebene Anordnung ist in der Lage, auf Störungen logisch zu reagieren und durch Energieaus­ fall verursachte Geräteausfälle weitgehend zu vermei­ den. Wenn beispielsweise die von der externen Statuseinheit 44 gelieferten Signale die Information enthalten, daß ein Energieversorgungskreis ausgefallen ist, so ermittelt der Auswahlprozessor 36 eine neue Zuordnung derart, daß alle von dem Ausfall betroffenen Verbraucher unter Beachtung der entsprechenden Grenzwerte auf die in­ takten Versorgungskreise aufgeteilt werden. In diesem Falle wird die in der Standardmatrix abgespeicherte Zu­ ordnung durch die vom Auswahlprozessor 36 ermittelte ersetzt.

Ergibt die Berechnung des Auswahlprozessors 36, daß die nach einem Ausfall eines Energieversorgungs­ kreises verbleibende Gesamtleistung der intakten Ver­ sorgungskreise zur ordnungsgemäßen Versorgung aller angeschlossenen Verbraucher nicht ausreicht, so wird der Verbraucher mit der gemäß Priomatrix 34 niedrig­ sten Priorität abgeschaltet.

Sollte die zentrale Energiekontrolleinheit 27 aufgrund einer Störung ausfallen, so wird der Betrieb aufgrund einer jeweils in die betreffende Zuordnungseinheit 11 bis 13 integrierten Logik auf dezentraler Grundlage weiterge­ führt. Dies wird dadurch erreicht, daß innerhalb der ein­ zelnen Zuordnungseinheiten 41 alle von der Steuerein­ heit 27 gelieferten Daten, insbesondere des Auswahl­ prozessors 36, abgespeichert werden, so daß sie nach Ausfall der zentralen Energiekontrolleinheit 27 noch verfügbar sind. Die automatische Reaktion der Anordnung auf eine Störung der Energieleitung 1 erfolgt dann durch direkte Interak­ tion zwischen dem Lastsensor 43 und der Zuordnungs­ einheit 41 über die Leitung 54.

Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung. Diese besteht darin, daß in die Zuordnungseinheiten 11 bis 13 jeweils eine integrierte Statuseinheit 45 integriert ist. Diese Lösung, die beispielhaft anhand einer Zuordnungseinheit 11a ge­ zeigt ist, bietet gegenüber der Lösung nach Fig. 2 mit einer externen Statuseinheit 44 den Vorteil, daß außer Störungen der Stromerzeugungseinrichtungen auch Störungen der Energieleitung 1 erfaßt und berücksich­ tigt werden können.

Claims (3)

1. Anordnung zur Energieverteilung in einem Flugzeug mit einer Energieleitung, bestehend aus mehreren einzelnen Versorgungssträngen, die mit Stromerzeugern Stromerzeugerkreise bilden, wobei im Zuge der Energieleitung mindestens ein Verteiler angeordnet ist, an den jeweils eine Verbrauchergruppe über eine Stichleitung und einen Leistungsschalter angeschlossen ist, und wobei die Ver­ braucher jeder Verbrauchergruppe gemäß einer vorgegebe­ nen Konfiguration von Zuordnungen mit den Versorgungs­ strängen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß für jede Verbrauchergruppe (8, 9, 10) eine Zuord­ nungseinheit (11, 12, 13) vorgesehen ist, der mittels eines Datenbusses (33) eine zentrale Energiekontrolleinheit (27) vorgeschaltet ist,
• - daß jede Zuordnungseinheit (11, 12, 13) eine Empfangs­ stufe (39) mit nachgeordneter Zuordnungssteuereinheit (41) zur Erzeugung von Schaltbefehlen für den Leistungs­ schalter (42) sowie einen Lastsensor (43) zur Messung der individuellen Belastung eines jeden Versorgungs­ stranges der Stichleitung (5) und zur Übermittlung der Meßwerte über einen Lastmonitor (40) an ei­ ne Last-Rückmelde-Einheit 38 der zentralen Energiekontroll­ einheit (27) aufweist,
• - daß die zentrale Energiekontrolleinheit (27) eine Stan­ dardmatrix (35) mit abgespeicherten Zuordnungsbefehlen und eine nachgeschaltete Prioritätsmatrix (34) mit ei­ ner abgespeicherten, die Verbraucher nach ihrer Priori­ tät ordnenden Liste aufweist, wobei die Prioritätsma­ trix (34) von einer externen Energie-Statuseinheit (44) über eine Leitung (29) Daten über den Zustand der Energie­ erzeugung erhält und wobei der Prioritätsmatrix (34) ein Auswahlprozessor (36) nachgeordnet ist zur rechnerischen Ermittlung der Belastbarkeit der einzelnen Stromerzeugerkreise, zur Festlegung entsprechender Grenzwerte zwecks Speisung einer Sendeeinheit (37), die die Ausgangssignale des Auswahlprozessors (36) an die Empfangsstufe (39) der Zuordnungseinheiten (11, 12, 13) liefert, sowie zum Ersatz der von der Standard­ matrix (35) abgespeicherten Zuordnung und
• - daß die zentrale Energiekontrolleinheit (27) zur Ver­ arbeitung von Störungsinformationen über den Datenbus (33) zur Übertragung von Steuerbefehlen mit jeder Zu­ ordnungseinheit (11, 12, 13) derart zusammenwirkt, daß aufgrund der Störungsinformationen der Auswahlprozessor (36) eine neue Zuordnung derart ermittelt, daß alle von dem Ausfall be­ troffenen Verbraucher unter Beachtung der entsprechenden Grenzwerte auf die intakten Stromerzeugerkreise aufgeteilt werden und daß bei nicht ausreichender Gesamtleistung der intakten Stromerzeugerkreise die Verbraucher (14 bis 26) mit der gemäß Prioritätsmatrix (34) niedrigsten Priorität abgeschaltet werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die zentrale Energiekontrolleinheit (27) zur manuellen Eingabe von Konfigurationsdaten eine Eingabeeinheit (30a) mit einer Tastatur (31) und einem Bildschirm (32) über eine Eingabeleitung (30) angeschlossen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zuordnungseinheiten (11, 12, 13) jeweils eine integrierte Statuseinheit (45) aufweisen, die auch Störungen der Energieleitung (1) erfaßt.