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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Meldelinien einer
Gefahrenmeldeanlage zumindest auf unzulässig hohen Widerstand durch
Messung des Stromes auf der mit einem Endmodul abgeschlossenen Meldelinie
und Vergleich dieses Stromes mit einem Sollwert.
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Die
Erfindung betrifft des weiteren eine Gefahrenmeldeanlage, die zur
Durchführung
dieses Prüfverfahrens
eingerichtet ist, nämlich
eine Anlage mit einer Zentrale, an die unmittelbar oder über Koppler
mindestens eine Meldelinie angeschlossen ist.
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Gefahrenmeldeanlagen
sind seit langem so ausgelegt, dass die an die Gefahrenmeldezentrale,
im Folgenden kurz „Zentrale”, unmittelbar
oder mittelbar angeschlossenen Meldelinien auf Unterbrechung und Kurzschluss überwacht
werden können.
Allgemein üblich
ist die Ruhestromüberwachung,
bei der die jeweilige Meldelinie mit einem Widerstand von z. B.
10 kΩ abgeschlossen
ist. Die Zentrale oder der Koppler misst in einem Prüfmodus den
Ruhestrom auf der betreffenden Meldelinie und vergleicht ihn mit
einem Toleranzfeld, in welchem der gemessene Strom unter Berücksichtigung
des Leitungswiderstandes, der Anzahl der angeschlossenen Melder
und deren jeweiligem Ruhestrom sowie des Abschlusswiderstandes liegen
muss. Ein zu niedriger Strom wird als unzulässig hoher Serienwiderstand,
im Extremfall als Unterbrechung, ein zu hoher Strom als unzulässig niedriger
Parallelwiderstand, im Extremfall als Kurzschluss, interpretiert.
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Aus
der
EP 1 777 671 A1 ist
es bekannt, eine Leitung zur Speisung z. B. von Signalgebern oder
anderen niederohmigen Verbrauchern (Aktoren) einer Gefahrenmeldeanlage
auch auf sogenannte schleichende Unterbrechung und sogenannten schleichenden
Kurzschluss zu überwachen.
Hierzu ist die Leitung mit einem nichtlinearen Element, z. B. einem
Thermistor, einer Diode oder einem spannungsgesteuerten Transistor
in Serie mit einem Widerstand abgeschlossen und wird zur Prüfung mit
gegenüber
der Auslösung
der Signalgeber (oder anderer Aktoren) umgekehrter Polarität und unterschiedlichen,
eingeprägten
Strömen
betrieben. Die sich am Leitungsanfang jeweils einstellende Spannung
wird mit Sollwerten verglichen. Der Vergleich liefert als Ergebnis,
ob die Leitung sich in einem ordnungsgemäßen oder fehlerbehafteten Zustand
befindet.
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Ein ähnliches Überwachungsverfahren
für eine
Leitung, die mindestens ein Alarmgerät einer Gefahrenmeldeanlage
speist, ist aus der
DE
10 2005 060 123 A1 bekannt. Hierzu ist die Leitung mit
einem niederohmigen Element, z. B. einer Diode oder einer Diode
in Serie mit einer Zener-Diode, abgeschlossen, das in derjenigen
Stromflussrichtung, in der das Alarmgerät aktiviert wird, sperrt. Zu
jedem Alarmgerät
ist des weiteren ein gleichartiges nichtlineares Element parallel
geschaltet. Zur Prüfung
wird die Leitung mit umgekehrter Polarität und unterschiedlichen, eingeprägten Strömen betrieben,
aus denen in Verbindung mit den sich am Anfang der Leitung einstellenden
jeweiligen Spannungen der Leitungswiderstand errechnet und mit einem Sollwertbereich
verglichen wird.
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Diese
beiden bekannten Prüfverfahren
sind auf Meldelinien nicht übertragbar,
weil weder die Umpolung der Speisespannung einer Meldelinie noch
deren Betrieb mit zu Prüfungszwecken
wechselnden Spannungen und Strömen
zulässig
ist.
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Durch
die DIN EN 54 Teil 13 sind die Anforderungen an die Funktionsfähigkeit
der leitungsgebundenen Übertragungswege
einer Gefahrenmeldeanlage erheblich erhöht worden. Insbesondere muss
eine normgerechte Anlage sicherstellen, dass jeder Übertragungsweg
unter bestimmungsgemäßen Lastbedingungen
an den betreffenden Bestandteil (z. B. Aktor oder Sensor) die für die Funktion
dieses Bestandteiles notwendige Spannung liefert. Anders als bei
den bekannten Anlagen und deren Prüfverfahren muss deshalb bei
einer der vorgenannten Norm entsprechenden Anlage die Prüfung auf
einen unzulässig
hohen Widerstand der Leitung unter Last durchgeführt werden. Eine Meldelinie
muss folglich mit den angeschlossenen Meldern auf Funktionsfähigkeit
geprüft
werden.
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Die
Prüfung
besteht vorschriftsgemäß darin,
dass zur Ermittlung einer schleichenden Unterbrechung ein einstellbarer
Serienwiderstand (Potentiometer) in der Leitung der Meldelinie so
lange erhöht
wird, bis die Gefahrenmeldeanlage eine Unterbrechung der Meldelinie
feststellt, dass der Gesamtwiderstand der Leitung, bei dem dieser
Zustand eintritt, gemessen, anschließend um 10% vermindert und
dann ermittelt wird, ob die Meldelinie wieder funktionsfähig ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Gefahrenmeldeanlage
zur Verfügung
zu stellen, die diesen Vorgaben entsprechend feststellen, ob die
Meldelinie funktionsfähig
ist.
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Bei
einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches
1 ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die Spannung am Ende der Meldelinie mittels des Endmoduls auf einen Wert
begrenzt wird, der größer als
die minimale Melderbetriebsspannung ist, und dass der Ruhestrom
mittels des Endmoduls auf einen Wert eingestellt wird, der größer als
die Summe der Ruheströme
der n Melder (n ≥ 1) und
kleiner als der Alarmstrom eines einzelnen Melders bei dessen minimaler
Betriebsspannung ist.
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Der
Kerngedanke der Erfindung besteht also darin, den Ruhestrom der
Meldelinie im Vergleich zu dem Ruhestromwertbereich, der nach dem
Stand der Technik überwacht
wird, erheblich zu erhöhen,
also den als Quotient aus Spannung und Strom am Eingang der Meldelinie
rechnerisch ermittelbaren, (scheinbaren) Gesamtwiderstand der Leitung
deutlich zu vermindern, gleichzeitig aber sicherzustellen, dass
die Spannung auch am Ende der Meldelinie ausreichend hoch bleibt,
dass auch der letzte Melder am Ende der Linie in vollem Umfang funktionsfähig bleibt.
Wie anhand eines numerischen Beispiels noch erläutert werden wird, kann dadurch anders
als bei dem bekannten Überwachungsverfahren
die Prüfvorschrift
gemäß DIN EN
54 Teil 13 erfüllt
werden.
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Vorzugsweise
wird die Spannung am Ende der Meldelinie auf einen Wert begrenzt,
der etwa gleich der Spannung am Eingang der Meldelinie abzüglich des
im Alarmfall maximal zulässigen
Spannungsabfalls bis zum Ende der Meldelinie ist.
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Bei
einer Gefahrenmeldeanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des
Anspruches 3 ist die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Endmodul aus einer nichtlinearen Schaltung besteht, die
im Ruhezustand der Meldelinie die Spannung auf einen Wert begrenzt,
der größer als
die minimale Melderbetriebsspannung ist und die einen voreingestellten
Strom auf der Meldelinie erzeugt, der größer als die Summe der Ruheströme aller
Melder und kleiner als der Alarmstrom eines einzelnen Melders bei
dessen minimaler Betriebsspannung ist.
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Sofern
die mindestens eine Meldelinie unmittelbar an die Zentrale angeschlossen
ist, führt
diese (gesteuert von ihrem Mikroprozessor) die Prüfung auf
unzulässig
hohen Wider stand der Meldelinie durch. Im Regelfall sind jedoch
eine, meistens aber mehrere Meldelinien nicht unmittelbar sondern über einen
oder mehrere Koppler an die Zentrale angeschlossen. In diesem Fall
führt der
jeweilige Koppler (gesteuert von seinem Mikroprozessor und gegebenenfalls
ausgelöst
durch einen Befehl der Zentrale) die betreffende Prüfung durch.
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Das
Endmodul bzw. die nichtlineare Schaltung kann sehr einfach aus einem
Widerstand in Serie mit einer Zenerdiode bestehen.
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Vorzugsweise
liegt in Serie zu dem Widerstand und der Zenerdiode zusätzlich ein
deren Temperaturkoeffizienten kompensierendes Halbleiterbauelement.
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Dieses
Halbleiterbauelement kann eine Diode, insbesondere eine zu der Zenerdiode
baugleiche Zenerdiode in Durchlassrichtung, sein, weil baugleiche
Zenerdioden in der Regel einen betragsmäßig sehr ähnlichen Temperaturkoeffizienten
haben, jedoch bei Betrieb in Sperrrichtung und in Durchlassrichtung
mit unterschiedlichem Vorzeichen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Gefahrenmeldeanlage sind z Meldelinien (z ≥ 1) an die Zentrale über mindestens
einen Koppler angeschlossen, der mindestens eine Meldelinienspannung
liefert, über
einen Kommunikationsbus mit der Zentrale verbunden ist und einen
Mikrokontroller umfasst, der den Ruhestrom und beim Ansprechen mindestens
eines Melders einen Alarmstrom jeder Meldelinie misst und auswertet.
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Im
Folgenden wird die Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik
anhand der Zeichnung erläutert. Es
zeigt:
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1:
eine nach dem Stand der Technik mit einem Widerstand abgeschlossene
Meldelinie und
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2:
eine mit einem Endmodul nach der Erfindung abgeschlossene Meldelinie.
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Die
zweiadrige Meldelinie in 1, im folgenden auch kurz „Leitung”, umfasst
einen Melder M und einen Abschlusswiderstand R1, der sehr häufig gleich
10 kΩ ist.
Im Rahmen der Erfindung kann 1 als das Ende
einer Meldelinie mit zahlreichen weiteren, zu dem Melder M parallel
liegenden und nicht gezeichneten Meldern oder als eine Meldelinie
mit nur einem einzigen Melder M, der unmittelbar an eine Zentrale
oder einen Koppler angeschlossen ist, betrachtet werden. Zusätzlich ist
in die Meldelinie ein Potentiometer RL eingeschleift, um die durch
die eingangs erwähnte
DIN EN54 Teil 13 vorgeschriebenen Prüfbedingungen auf schleichende
Unterbrechung der Meldelinie zu simulieren.
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Diese
Meldelinie hat im normalen Betriebszustand, also ohne das Potentiometer
RL, bei einer angenommenen Linienspannung von 9,4 V einen Ruhestrom
von rund 900 μA
plus den Ruhestrom des Melders M von z. B. 20 μA, bei n Meldern plus n·20 μA.
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Derartige
Melder haben einen Arbeitsspannungsbereich von z. B. 4 V bis über 12 V.
Zur Vermeidung von Fehlalarmen schalten sich die Melder bei Unterschreitung
der unteren Arbeitsspannungsgrenze selbstständig ab und initialisieren
sich bei Überschreitung
der minimalen Arbeitsspannung neu. Im Alarmzustand erzeugen sie
einen im Vergleich zu dem Melderruhestrom erheblich höheren Alarmstrom
auf der Meldelinie. Der Alarmstrom kann z. B. bei der niedrigsten
Arbeitsspannung rund 3 mA betragen, mit zunehmender Betriebsspannung
steigen und schaltungstechnisch auf einen Maximalwert von z. B.
8 mA ab 7 V begrenzt sein.
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Wenn
ein am Anfang der Meldelinie, in der Regel also im Koppler gemessener
Ruhestrom IR von weniger als 700 μA bei UA gleich rund 9 V per Definition als Zeichen
für einen
unzulässig
hohen Widerstand („Drahtbruch”) gelten
soll und folglich der Widerstandswert des Potentiometers RL erhöht wird
bis der Ruhestrom IR auf 700 μA gefallen
ist, so gilt mit:
- UE
- = Spannung am Leitungsende
- UL
- = Spannungsabfall über der
Leitung
- RL
- = Leitungswiderstand
plus eingestellter Widerstandswert RL;
UE =
IR·R1
= 700 μA·10 kΩ = 7 V; UL = UA – UE = 9 V – 7
V = 2 V; RL – 10%
= 2,58 kΩ (Bedingung
der Norm);
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Vermindert
man folglich mit dem Potentiometer RL den Leitungswiderstand auf
2,58 kΩ und
verlangt die Funktionsfähigkeit
der Meldelinie auch und vor allem im Alarmfall, d. h. bei einem
Strom IA gleich rund 4 mA (Summe von Ruhestrom
plus Melderalarmstrom), erhält
man rein rechnerisch: UL(Alarm) =
RL·IA = 2,58 kΩ·4 mA = 10,32 V;
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Folglich
würde schon
bei einem Strom entsprechend dem minimalen Alarmstrom IA mehr
als die Eingangsspannung UE über dem
durch die Leitung und das entsprechend der Prüfbedingung der Norm eingestellte
Potentiometer gebildeten Gesamtwiderstand abfallen. Dann liegt am
Melder M keine Arbeitsspannung an. Der Melder kann folglich keinen
Alarmstrom er zeugen. Die Prüfbedingung,
dass die Meldelinie nach Verminderung des Gesamtwiderstandes der
Leitung um 10% wieder funktionsfähig
ist, ist im Fall der 1 nicht erfüllbar.
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Im
Fall der 2 ist hingegen die Meldelinie
mit einem Endmodul, bestehend aus der Serienschaltung eines Widerstandes
R2, einer in Sperrrichtung liegenden Zenerdiode D1 und einer in
Durchlassrichtung liegenden Zenerdiode D2, abgeschlossen.
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Nimmt
man für
R2 den Wert von 1 kΩ,
für die
Zenerdiode D1 die Zenerspannung 6,8 V und für die Zenerdiode D2 die Durchlassspannung
von 0,6 V an, so errechnet sich der Ruhestrom I
R durch
das Endmodul bei einer Spannung U
E am Leitungsende
von z. B. 9,4 V als
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Definiert
man als unzulässig
hohen Widerstand („Drahtbruchschwelle”) die Unterschreitung
eines Ruhestroms von 1,4 mA, so ergibt sich bei Anwendung der gleichen
Prüfbedingungen
wie bei
1 für die an dem (letzten) Melder
im Alarmfall anliegende Arbeitsspannung U
Melder(Alarm):
UE = IR·R2 + USperr + UDurchlass =
=
1,4 mA·1
kΩ + 6,8
V + 0,6 V = 8,8 V UL =
UA – UE = 9,4 V – 8,8 V = 0,6 V RL – 10%
= 387 Ω UL(Alarm) = RL·IA(max) = 387 Ω·8 mA = 3,1 V UMelder(Alarm) = UE – UL(Alarm) = 9,4 V – 3,1 V = 6,3 V -
Bei
normgemäßer Prüfung bleibt
folglich die Spannung am Melder M selbst bei einem Alarmstrom von 8
mA oberhalb der minimalen Arbeitsspannung. Der im Vergleich zu dem
Beispielsfall der 1 hohe Alarmstromwert von 8
mA ist deshalb in der Praxis von Bedeutung, weil häufig zwei
Melder gleichzeitig oder nacheinander in den Alarmzustand gehen
und dadurch die Funktionsfähigkeit
der Gefahrenmeldeanlage nicht beeinträchtigt werden darf. Der Melder
M in 2 und damit auch alle weiteren, dem Leitungsanfang
näher liegenden
Melder auf der gleichen Meldelinie sind also bedingungsgemäß funktionsfähig, wenn
der Gesamtwiderstand der Leitung mittels des Potentiometers RL um
10% unter denjenigen Wert vermindert wird, den der Koppler (oder
die Zentrale) als schleichenden Drahtbruch interpretiert und meldet.
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Dabei
nimmt das Endmodul keinen Strom auf, weil die Sperrspannung der
Zenerdiode D1 zuzüglich der
Durchlassspannung der zur Temperaturkompensation antiseriell geschalteten
Diode D2, d. h. 6,8 V + 0,6 V = 7,4 V unterschritten wird.
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Wie
sich rechnerisch leicht zeigen lässt,
wird das gleiche Verhalten auch mit anderen als mit den im vorstehenden
Beispiel gezeigten Werten für
den Strom und die Widerstände
erzielt. Das gilt insbesondere auch bei einer größeren Anzahl an Meldern M,
wie die folgende Gegenüberstellung
zeigt: 1
Melder
| RL
für Drahtbruch
(= 1,4 mA): | 392 Ω |
| RL – 10%: | 353 Ω |
| UE(Ruhe): | 8,85
V |
| UE(Alarm): | 6,22
V |
| IA: | 7,79
mA |
30
Melder:
| RL
für Drahtbruch
(= 1,4 mA): | 796 Ω |
| RL – 10%: | 717 Ω |
| UE(Ruhe): | 8,3
V |
| UE(Alarm): | 4,91
V |
| IA: | 5,67
mA |
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Die
genannte Norm schreibt desweiteren vor, dass sowohl ein schleichender
als auch ein plötzlicher Kurzschluss
erkannt werden müssen.
Dies geschieht wie üblich
durch Vergleich des Meldelinienstromes mit vorgegebenen Stromgrenzwerten.
Hierauf hat das hier vorgeschlagene Endmodul nur insofern Einfluss,
als die Stromgrenzwerte an den höheren
Ruhestrom angepasst werden müssen,
der durch das Endmodul im Vergleich zu dem bisher üblichen
Abschluss der Meldelinie gemäß 1,
d. h. mit einem einfachen Widerstand erzeugt wird.
