DE102011118505A1

DE102011118505A1 - Busteilnehmer zur steuerung einer brandschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE102011118505A1
Application number: DE201110118505
Authority: DE
Inventors: Andreas Gohr; Alexander Ernst
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Ein Busteilnehmer für eine Brandschutzeinrichtung, besteht aus einen Busteil BT mit Busanschaltung und Steuerung ST-A, einem Prozessteil PT mit mindestens einer Steuerung ST-P mit Mikrokontroller, einem Energiespeicher und Prozessanschlüssen für Aktuatoren und Sensoren einer Brandschutzeinrichtung. Dem Energiespeicher ist busseitig ein Lademodul vorgeschaltet und in Richtung der Brandschutzeinrichtung ein Entlademodul nachgeschaltet sind. Dadurch kann der Lade- bzw. Entladevorgang des Energiespeichers gesteuert und überwacht werden. Der Busteilnehmer liefert ein möglichst komplettes Zustandsbild der zu steuernden Brandschutzanlage zur Minimierung zyklisch-, prophylaktischer Wartung hin zu einer zustandsgetriebene Wartung mit einem höheren Maß an Sicherheit und Verfügbarkeit der Gesamtanlage.

Description

Die Erfindung betrifft einen Busteilnehmer zur Steuerung einer Brandschutzeinrichtung
In der Gebäudetechnik werden häufig Brandschutzeinrichtungen wie z. B. Brandschutzklappen, Rauchklappen oder Kombiklappen eingesetzt, die die Ausbreitung eines Brandes insbesondere über das Lüftungssystem des Gebäudes verhindern oder andere Sicherheitsaufgaben wie Entrauchung oder Absperren von brennbarem Material unterstützen sollen. Im Folgenden wird zur Vereinfachung meistens von Brandschutzklappen als Brandschutzeinrichtung gesprochen.
Die einzelnen motorgesteuerten Brandschutzeinrichtungen werden in größeren Gebäuden (z. B. Flughafengebäuden) meist über Bussysteme überwacht und angesteuert. Im Brandfall werden von einer Zentrale Schließbefehle über den Bus an die einzelnen Brandschutzeinrichtungen gesendet. Ein im Einsatz befindliches derartiges Bussystem ist z. B. der ASi-Bus (Aktor Sensor Interface, AS-Interface) an den die Busteilnehmers, die die Brandschutzeinrichtungen ansteuern, angeschlossen sind.
AS-Interface ist ein weltweit standardisiertes Bussystem nach EN 50295 und IEC 62026-2.
Um den Verkabelungsaufwand möglichst gering zu halten, werden die Busteilnehmer vom ASI-Bus mit Energie versorgt.
Bei einer Beschädigung der ASi Busleitung (z. B. durch den entstandenen Brand) fällt die Kommunikation zu den Busteilnehmern und deren Energieversorgung aus. Damit steht dann auch keine Energie mehr zur Verfügung, um den Elektromotor der zum Verfahren einer Brandschutzeinrichtung notwendig ist, zu betreiben. Weder der Schließbefehl vom Master (z. B. in der Zentrale) erreicht den Busteilnehmer, noch kann die Brandschutzeinrichtung in die Brandposition verfahren werden.
Aus der EP2020073 ist ein Sicherheitsantrieb insbesondere für eine Brandschutzklappe bekannt. Dieser Sicherheitsantrieb wird aber nicht über einen Bus angesprochen bzw. gespeist.
Um im Falle einer Unterbrechung der Stromversorgung noch ausreichend Energie zur Verfügung zu haben, damit die Brandschutzklappe durch eine Notverstellung in die Brandstellung verfahren werden kann, sind spezielle Kondensatoren als Energiespeicher vorgesehen, die auch als Super- bzw. Ultrakondensatoren bezeichnet werden. Typische, Kenndaten z. B. erhältlicher Superkondensatoren sind: Betriebstemperatur –20 ... +70°C, Spannung pro Zelle 2,0 ... 4 V, Lade bzw. Entladezyklen > 10⁵ ..., Kapazität > 10 F, Selbstentladezeit in Wochen, Lebensdauer 5 ... 10 Jahre.
Nachteilig an den bekannten Sicherheitsantrieben ist, dass Fehler am Energiespeicher oder an der angeschlossenen Brandschutzeinrichtung nicht erfasst werden. Außerdem ist der Wartungsaufwand relativ hoch, da die Energiespeicher regelmäßig ausgetauscht werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb einen Busteilnehmer zur Steuerung einer Brandschutzeinrichtung anzugeben, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist, der eine erhöhte Sicherheit gewährleistet, der eine hohe Verfügbarkeit aufweist, der wartungsarm ist und der über ein Bussystem ansteuerbar ist und der einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, den Energiespeicher im Busteilnehmer vorzusehen und dem Energiespeicher ein Lademodul vor und ein Entlademodul nachzuschalten, so dass sowohl der Entlade- wie auch der Ladevorgang des Energiespeichers überwacht werden kann. Damit können Fehler am Energiespeicher frühzeitig entdeckt werden und gleichzeitig auch die Funktion der Brandschutzeinrichtung bis hin zu deren mechanischen Komponenten unabhängig überprüft werden.
In vorteilhafter Weise ist der Busteilnehmer in einen Busteil und in einen Prozessteil getrennt, wobei die Steuerung im Prozessteil über den Energiespeicher versorgt wird.
Durch die Trennung des Busteilnehmers in einen Busteil und einen Prozessteil, kann die Brandschutzeinrichtung auch bei einer Unterbrechung der Busleitung noch in die sichere-, die Brandstellung verfahren werden.
Nachfolgen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 Blockdarstellung eines erfindungsgemäßen Busteilnehmers
In 1 ist ein Busteilnehmer B zur Ansteuerung einer Brandschutzeinrichtung BE dargestellt. Die Brandschutzeinrichtung BE umfasst einen Motor M als Aktor eine Brandschutzklappe K und einen oder mehrere Lagesensoren LS.
Sowohl der Lagesensor wie auch der Motor sind direkt mit dem Busteilnehmer BT verbunden. Der Motor M und der Lagesensor LS sind ohne eigene Elektronik dargestellt, sie können selbstverständlich auch eigenen Elektroniken aufweisen.
Der Busteilnehmer ist an eine 2-Draht-Busleitung den ASi Bus angeschlossen. Über die Busleitung kommuniziert der Busteilnehmer mit einer nicht näher dargestellten zentralen Steuerung, die als Mastereinheit dient. Der Busteilnehmer wird über die Busleitung auch mit Energie versorgt. Da die Brandschutzeinrichtung nur mit dem Busteilnehmer verbunden ist, wird diese erfindungsgemäß indirekt auch über die Busleitung versorgt.
Als Busanschaltung dient ein Busmodul, das mit einem Prozessmodul verbunden ist, in dem die eigentliche Steuerung des Busteilnehmers realisiert ist. Das Busmodul für den ASi Bus und die Kommunikations-Steuerung mit dem Mikrokontroller ST-A sind im Busteil BT des Busteilnehmers angeordnet. Im Prozessteil PT des Busteilnehmers sind der Energiespeicher E, ein Auflademodul und ein separates Entlademodul und ein Mikrokontroller in einer Steuerung ST-P, der mit dem Mikrokontroller in der Steuerung ST-A kommuniziert, vorgesehen. Das Entlademodul EL ist mit einem Aktormodul AA verbunden, an die der Motor und der oder die Lagesensoren LS einer Brandschutzeinrichtung BE angeschlossen sind. Das Entlademodul EL und das Lademodul AL weisen jeweils DC/DC Wandler auf, die Busspannung z. B. 31,6 V an die Ladeschlussspannung des Energiespeichers z. B. 12 V und die Entladespannung an den Spannungsbedarf des Motors z. B. 24 V anpassen. Zusätzlich ist in beiden Modulen jeweils ein Diagnoseteil vorgesehen.
Im dargestellten Beispiel besteht der Energiespeicher symbolisch aus zwei hintereinander geschalteten Superkondensatoren.
Zur Kommunikation des Mikrokontrollers in der Steuerung ST-P mit den einzelnen Modulen des Prozessteils dient ein proprietärer interner Bus PB. Alle vier an den proprietären Bus angeschlossenen Module werden gemeinsam versorgt. Aufgrund der Busphysik arbeitet der ASi-Bus mit einer symmetrischen Spannung. Für den Prozessteil ist keine symmetrische Spannung notwendig, deshalb sind der Busteil und der Prozessteil für Hochfrequenz voreinander getrennt. Hierzu dienen zwei Drosseln mit denen die Spannungsversorgung des Prozessteils verbunden ist. Ein Kondensator CZ an dem die Versorgungsspannung des Prozessteils anliegt, dient als Zwischenspeicher, insbesondere um schnell wechselnde Lasten auszugleichen.
Außerdem ist in der Verbindung der beiden Mikrokontroller der Steuerung ST-A und der Steuerung ST-P eine galvanische Trennung GT vorgesehen. Aufgrund der hochfrequenzmäßigen Trennung kann die spannungsmäßige Symmetrie auf der Prozessseite aufgehoben werden und damit eine Erdung E für Wechselspannungen vorgesehen werden.
Durch Verlagerung der galvanischen Trennung GT in Richtung Busmodul, können die Steuerungsaufgaben für die Kommunikation auch in den Mikrokontroller des Prozessteils verlagert werden.
Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung detailliert beschrieben.
Zuerst wird der Fall betrachtet, dass die Kommunikation des Busteilnehmers mit dem Master ordnungsgemäß funktioniert und die Energieversorgung des Busteilnehmers einwandfrei arbeitet.
In regelmäßigen Abständen schickt der Master einen Testbefehl an den Busteilnehmer, um insbesondere die Funktionsfähigkeit der Brandschutzklappe zu testen. Nach Erhalt des Befehls übermittelt der Mikrokontroller in der Steuerung St-A diesen Befehl an den Mikrokontroller in der Steuerung ST-P, der einen entsprechenden Schließbefehl an das Aktormodul weitergibt, damit am Motor die entsprechende Spannung anliegt, um die Brandschutzklappe zu schließen. Erreicht die Brandschutzklappe die Endstellung, die mit dem Lagesensor erfasst wird, schaltet das Aktormodul die Spannungsversorgung des Motors ab und meldet dies dem Mikrokontroller der Steuerung St-P.
Anschlißend wird vom Mikrokontroller P ein Öffne-Befehl an das Aktormodul gesendet, Durch entsprechende Umsteuerung der Spannungsversorgung öffnet die Brandschutzklappe wieder und fährt in ihre Ausgangsstellung. Während des Verfahrens der Klappe benötigt der Motor Energie, die über den Energiespeicher zur Verfügung gestellt wird.
Der Entladevorgang und die Energieaufnahme der Klappe werden durch das Diagnoseteil im Entlademodul permanent überwacht. Wird die Klappe in der Bewegung behindert, was eine erhöhte Energieaufnahme zur Folge hat, wird dies von dem Diagnoseteil erfasst und eine entsprechende Information „Klappe ist schwergängig” oder „Klappe hängt fest” an den Mikrokontroller der Steuerung St-P geschickt. Diese Information wird dann weitergereicht und von Steuerung ST-A an die zentrale Steuerung über den Bus gesendet, wo eine entsprechende Signalisierung für das Wartungspersonal erfolgt. Der hier verwendete Bus muss nicht unbedingt direkt mit der Warte verbunden sein, er kann auch mit einen übergeordneten Bussystem kommunizieren, das seinerseits mit einem Gebäudeleitrechner z. B. in einer Warte, verbunden ist.
Damit kann der Schaden schnell behoben und die Funktionsfähigkeit der entsprechenden Brandschutzklappe wieder hergestellt werden.
Wenn ein Entladevorgang des Energiespeichers stattgefunden hat, muss dieser wieder aufgeladen werden. Hierfür sorgt das Auflademodul. Auch der Aufladevorgang des Energiespeichers wird permanent überwacht. Treten hier Unregelmäßigkeiten auf, werden diese von dem Diagnoseteil in dem Lademodul AL erfasst und über die Steuerung ST-P und Steuerung ST-A die zentrale Steuerung, den Master, weitergemeldet. So können z. B. Alterungseinflüsse des Energiespeichers frühzeitig registriert und gemeldet werden. Z. B kann ein Austausch des Energiespeichers notwendig werden, da dieser eine begrenzte Lebensdauer besitzt.
In vorteilhafter Weise kann der Energiespeicher gleichzeitig entladen bzw. geladen werden. Damit können Totzeiten in der Verfügbarkeit des Moduls durch einen unzureichend geladenen Energiespeichers vermieden werden und gleichzeitig entsteht eine geschlossene Kette von Diagnoseinformationen von der Information am Buseingang über alle Verarbeitungsstufen incl. deren Leistungsfähigkeit und der Beurteilung und Früherkennung von Verfügbarkeitsproblemen der angeschlossenen mechanischen Einheiten.
Durch die erfindungsgemäße umfassende Test- und Diagnosemöglichkeiten des Busteilnehmers kann eine erhöhte Sicherheit der Brandschutzeinrichtung garantiert werden.
Selbstverständlich erfolgen die Tests in regelmäßigen Abständen.
Die Brandschutzeinrichtung muss zuverlässig bei einer Unterbrechung der Busleitung so reagieren, dass die Brandschutzeinrichtung in die Brandposition fährt. Im Folgenden wird diese Situation näher betrachtet.
Eine Unterbrechung der Busleitung hat zwangsläufig neben einer Unterbrechung der Kommunikation des Masters mit den Busteilnehmern (Slaves) auch eine Unterbrechung der Energieversorgung des Busteilnehmers zur Folge. Damit fällt auch die Steuerung ST-A aus. In diesem Fall wird die gesamte Steuerung der Brandschutzeinrichtung vom der Steuerung ST-P bewerkstelligt. Diesen Fall erkennt die ST-P daran, dass keine Kommunikation mehr mit ST-A erfolgt.
Versorgt wird die Steuerung ST-P über den Energiespeicher, welcher beim Zusammenbruch der Busversorgung auch nicht mehr nachgeladen wird. In dieser Situation gibt der Mikrokontroller in der Steuerung ST-P selbstständig den Befehl zum Einnehmen des sicheren Zustandes (Notverfahrung) an das Aktormodul, das den Motor M startet, um die Brandschutzeinrichtung in die Brandposition zu verfahren. Die Brandschutzeinrichtung befindet sich in der für diesen Fall vorgesehenen sicheren Position und verbleibt dort. Diese Prozedur erfolgt immer bei einer Unterbrechung der Spannungsversorgung des Busteilnehmers, unabhängig davon ob ein Brand vorliegt oder nicht. Erst wenn der Fehler behoben ist, kann die Brandschutzklappe wieder über den Busteilnehmer geöffnet werden.
Zur Überwachung des Lade- und Entladevorgangs des Energiespeichers im Lademodul bzw. im Entlademodul sind separate Diagnoseeinheiten vorgesehen.
Die Informationen der Diagnoseeinheiten und der Energiebedarf des angeschlossenen Aktors Motor M werden zur genauen Gesamtbeurteilung des Zustandes des Busteilnehmers und des angeschlossenen Aktors herangezogen.
Zur Beurteilung des Aktors wird das Energieprofil über Zeit und/oder über die Lagesensen bestimmt wird.
Das aktuelle Energieprofil des Aktors wird mit vorher gelernten Profilen verglichen und zur Früherkennung von sich langsam anbahnenden Verfügbarkeitsproblemen herangezogen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2020073 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 50295 [0004]
IEC 62026-2 [0004]

Claims

Busteilnehmer für eine Brandschutzeinrichtung, bestehend aus einen Busteil BT mit Busanschaltung und Steuerung ST-A, einem Prozessteil PT mit mindestens einer Steuerung ST-P mit Mikrokontroller, einem Energiespeicher und Prozessanschlüssen für Aktuatoren und Sensoren einer Brandschutzeinrichtung wobei dem Energiespeicher busseitig ein Lademodul vorgeschaltet und in Richtung der Brandschutzeinrichtung ein Entlademodul nachgeschaltet sind, die den Lade- bzw. Entladevorgang des Energiespeichers steuern und überwachen.
Busteilnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bus ein ASi-Bus ist
Busteilnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung ST-A im Busteil einen weiteren Mikrokontroller zur Kommunikationssteuerung aufweist
Busteilnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher ein Superkondensator (Supercap) ist
Busteilnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung des Lade- und Entladevorgangs des Energiespeichers in dem Lademodul bzw. in dem Entlademodul separate Diagnoseeinheiten vorgesehen sind.
Busteilnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen der Diagnoseeinheiten und der Energiebedarf des angeschlossenen Aktuators zur genauen Gesamtbeurteilung des Zustandes des Busteilnehmers und des angeschlossenen Aktors herangezogen werden.
Busteilnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beurteilung des Aktors das Energieprofil über Zeit und (oder Lagesensorik bestimmt wird.
Busteilnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass aktuelle Energieprofil des Aktors mit vorher gelernten Profilen verglichen und zur Früherkennung von sich langsam anbahnenden Verfügbarkeitsproblemen herangezogen wird.
Busteilnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrweg des Aktuators zur Diagnose verkürzt werden kann.