DE3611816A1

DE3611816A1 - Analog-feuerdetektor und analog-feueralarmanlage

Info

Publication number: DE3611816A1
Application number: DE19863611816
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Chiba Ishii
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1986-10-09
Also published as: AU5575486A; AU587813B2; GB2173622B; JPS61233896A; NO861354L; CH666134A5; US4749987A; GB8608605D0; FI861398A0; FR2580100B1; FR2580100A1; FI861398A; FI87023C; FI87023B; JPH0719315B2; NO169512C; DE3611816C2; NO169512B; GB2173622A

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Analog-Feuerdetektor und eine einen solchen Detektor verwendende Feueralarmanlage. Die Anlage ist in der Lage, auf der Grundlage von Analogsignalen, die zum Beispiel eine durch ein Feuer hervorgerufene Temperatur oder Rauchdichte darstellen, zukünftige Änderungen von "Feuer-Daten" vorherzusagen, um den Ausbruch eines Feuers festzustellen.

Herkömmliche Feueralarmanlagen verwenden sogenannte 15

Ein/Aus-Feuerdetektoren, in denen bei Erkennen eines

Feuers Kontakte geschlossen werden, so daß ein Feuer-Signal an eine Zentrale gesendet wird. In jüngster Zeit wurde jedoch eine analog arbeitende Feueralarmanlage vorgeschlagen, bei der anstelle der Ein/Aus-20

Feuerdetektoren sogenannte Analog-Sensoren verwendet werden, um eine durch ein Feuer verursachte Temperatur oder Rauchdichte zu Erkennen. Die diesbezüglichen Daten werden zu einer Zentralen gesendet, ohne daß bei

den Detektoren bereits der Ausbruch eines Feuers fest-25

gestellt wird. Die Erkennung eines Feuerausbruchs erfolgt auf der Grundlage der Analog-Daten durch Berechnungen in einer in der Zentrale befindlichen Verarbeitungseinheit (CPU).

Bei einer solchen Analog-Feueralarmanlage lassen sich

Fehlalarme weitestgehend ausschalten und Feuer-Früherkennungen erzielen, da das Erkennen eines Feuerausbruchs durch Programmverarbeitung in der CPU der Zentrale erfolgt, während bei der herkömmlichen Feueralarm· 35

anlage mit den Ein/Aus-Feuerdetektoren das Erkennen eines Feuerausbruchs durch in den Detektoren selbst befindliche Schaltungen vorgenommen wird.

Allerdings besitzen die Analog-Feueralarmanlagen auch einige Probleme: obschon eine Analog-Feueralarmanlage das Erkennen eines Feuerausbruchs in der Zentrale durchführt und mithin eine genaue und rasche Erkennung eines Feuerausbruchs durch die CPU in der Zentrale möglich ist, müssen Abfragen durchgeführt werden, um die Analogsensoren nacheinander von der Zentrale aus abzurufen, ,Q damit jeder Analog-Sensor bei Abruf die Analogdaten sendet. Da die Analog-Feueralarmanlage nicht in eine herkömmliche Feueralarmanlage mit Eins/Aus-Detektoren eingebaut werden kann, eignet sie sich nicht für bereits installierte Feueralarmanlagen.

Außerdem ist festzustellen, daß im allgemeinen diejenigen Orte, die eine besonders genaue und rasche Erkennung eines Feuerausbruchs erfordern, wie es durch eine Analog-Feueralarmanlage möglich ist, beschränkt sind. Anders ausgedrückt: es ist nicht notwendig, dort Analog-Sensoren zu installieren, wo praktisch nie Feuer gebraucht wird oder wo praktisch nicht mit dem Ausbruch eines Feuers gerechnet werden muß. In solchen Fällen ist es unwirtschaftlich, die Analog-Sensoren,

„c die eine genaue Feuer-Erkennung ermöglichen, zu installieren, vielmehr reicht es für Stellen aus, herkömmliche Ein/Aus-Feuerdetektoren zur Überwachung zu verwenden. Da aber die analog arbeitende Anlage nicht ohne weiteres einer herkömmlichen Anlage beigeschaltet

₃q werden kann, müßte bei beabsichtigter Teil-Verwendung eines Analog-Systems die bereits installierte Anlage entfernt und insgesamt durch eine neue Analog-Feueralarmanlage ersetzt werden. Aus den obengenannten Gründen sind derzeit vornehmlich Feueralarmanlagen mit den Ein/Aus-Detektoren im Einsatz.

. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, angesichts der oben aufgezeigten Probleme einen Analog-Feuerde-

tektor zu schaffen, der selbst in der Lage ist, eine genaue und rasche Feuer-Erkennung durchzuführen. Außerdem soll eine Analog-Feueralarmanlage geschaffen werden, die in der Lage ist, in Verbindung mit einer herkömmlichen Feueralarmanlage, die Ein/Aus-Feuerdetektoren verwendet, eine Erkennung eines Feuerausbruchs mit Analog-Verarbeitung durchzuführen für einen ,Q besonders wichtigen Überwachungsbereich oder für einen Bereich, in welchem es mit gewisser Wahrscheinlichkeit öfter zu Fehlalarmen kommt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen

,g angegeben. Der erfindungsgemäße Analog-Feuerdetektor enthält eine Sensoreinrichtung, die in analoger Form eine oder mehrere Zustandsgrößen, die sich beim Ausbruch eines Feuers ändern, erfaßt. Eine Abtasteinrichtung tastet die von den Sensor-Einrichtungen ausgege-

2Q benen Signale mit einer vorbestimmten Periodendauer ab. Eine Feuer-Erkennungseinrichtung sagt zukünftige Feuerdaten-A"nderungen anhand der Abtastdaten voraus und erzeugt ein "Feuer"-Ausgangssignal, wenn die Vorhersagedaten vorbestimmte Bedingungen erfüllen. In

2g der erfindungsgemäßen Analog-Feueralarmanlage sind mehrere Ein/Aus-Feuerdetektoren an ein Paar Versorgungs/Signal-Leitungen angeschlossen, die zu einer Zentrale führen. Die Detektoren sind so angeschlossen, daß die Signalleitungen auf eine niedrige Impedanz kurzgeschlossen werden, wenn der Wert einer durch den Ausbruch eines Feuers geänderten Zustandsgröße einen Schwellenwert überschreitet. In speziellen Bereichen, zum Beispiel in einem wichtigen Überwachungsbereich oder in einem Bereich, in welchem es öfter zu Fehl-

₃c alarmen kommen kann, ist jeweils ein intelligenter Feuerdetektor installiert. Dieser schließt die Leitungen auf niedrige Impedanz kurz, wenn ein Vorhersagewert einer zukünftigen Zustandsgrößen-Änderunge

auf Grund eines Feuerausbruchs eine vorbestimmte Bedingung für einen Feuerausbruch erfüllt. Der intelligente Feuerdetektor ist ein Analog-Feuerdetektor, welcher außerdem eine Schaltvorrichtung kurzschalten der Versorgungs/Signal-Leitungen auf niedrige Impedanz enthält. Das Kurzschließen erfolgt auf der Grundlage eines Feuer-Ausganssignals, das von der Feuer-Erkennungseinrichtung ausgegeben wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Blockdiagramm eines Analog-Feuerdetek-

tors für eine erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Analog-Feueralarm-

anlage, die den in Fig. 1 gezeiaten Detektor

verwendet,

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Mittelwertberechnung von Daten veranschaulicht,

Fig. 4 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Rechenbeginn-Pegel des Sensors und dem für die Feuer-Erkennung durch die Zentrale verwendeten Gefahr-Pegel

veranschaulicht,
30

Fig. 5 ein Flußdiagramm der Verarbeitungsschritte für die Feuer-Erkennung,

Fig. 6
und 7 Diagramme, die die Betriebsweise zum Schutz

vor Fehlalarmen veranschaulicht, Fig. 8 eine grafische Darstellung ein,er quadrati-

sehen Funktionsberechnung für eine Vorhersage,

Fig. 9 eine grafische Darstellung, die die Zeit

bis zum Erreichen des Gefahr-Pegels veranschaulicht,

Fig. 10 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 ein Blockdiagramm einer zweiten Form einer Analog-Feueralarmanlage gemäß der Erfindung,

Fig. 12 eine dritte Form eines Analog-Feuerdetektors, der im Rahmen der Erfindung verwendbar ist,

Fig. 13 ein Flußdiagramm der Verarbeitungsschritte zum Erkennen eines Feuers ι detektor nach Fig. 12, und

zum Erkennen eines Feuers mit dem Feuer-

Fig. 14 eine grafische Darstellung, die das Feuer-Erkennen mit dem Detektor nach Fig. 12 ver

anschaulicht .

Fig. 1 zeigt in Form eines Blockdiagramms ein Ausführung sbe
detektors.

führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Analog-Feuer-

Der Analog-Feuerdetektor 1 ist ein sogenannter "intelligenter Detektor". Ein Analog-Sensorteil 1a erfaßt in

analoaer Form eine durch ein Feuer verursachte Änderung ob

einer Zustandsgröße, zum Beispiel einer Temperatur, einer Rauchdichte, einer CO-Gas-Konzentration und dergleichen. Eine Abtastschaltung 2 tastet mit einer vor-

bestimmten Periodendauer die von dem Analog-Sensorteil c 1a abgegebenen Analog-Detektrosignale ab. Die abgetasteten Daten werden von einem Analog/Digital-Umsetzer (ADU) 3 in digitale Daten umgesetzt. Die von dem ADU 3 in digitale Daten umgesetzten "Feuer-Daten" werden einem Mittelwert-Berechnungsteil 5 zugeleitet.

Der Mittelwert-Berechnungsteil 5 führt eine dynamische (moving) Mittelwertberechnung und eine einfache Mittelwertberechnung der Abtastdaten durch. Wie Fig. 2 zeigt, werden nacheinander die Mittelwerte (MITTEL) dreier aufeinanderfolgend erhaltener Datenwerte berechnet, und dann werden einfache Mittelwerte berechnet aus sechs Daten, die durch die dynamische Mittelwertberechnung erhalten wurden, so daß Daten erhalten werden, die schließlich zu der Zentrale übertragen werden.

Die Mittelwertberechnung unfaßt die dynamische Mittelwertberechnung und die einfache Mittelwertberechnung und fungiert als digitales Tiefpaßfilter zur Eliminierung von durch Grundfrequenz-Komponenten erzeugten

Oberwellen, die durch Temperatur oder Rauch eines 25

Feuers in den Analog-Detektorsignalen vorhanden sind. Durch dieses digitale Tiefpaßfilter läßt sich das ursprüngliche Signal getreu reproduzieren. Außerdem reicht es für den Mittelwert-Berechnungsteil 5 aus, die Mittelwertberechnung nur durch den dynamischen Mittelwert durchzuführen, weil das Digitalfilter aus lediglich der dynamischen Mittelwertberechnung bestehen kann.

Wenn die Analog-Detektorsignale abgetastet werden, 35

verringert sich die Wahrscheinlichkeit, daß Rauschimpulse als Abtastdaten übernommen werden. Selbst dann, wenn Rauschimpulse als Abtastdaten verarbeitet

werden, läßt sich durch die Mittelwertberechnung eine ausreichende Rauschunterdrückung erreichen.

Ein Feuer-Vorhersageabschnitt 6 setzt die Vorhersage-Berechnung auf der Grundlage eines von einem Vergleicher 7 ausgegebenen H-Pegel-Signals in Gang, wenn ein

jg vorbestimmter Rechenbeginn-Pegel, der durch eine Bezugsspannungsquelle 8 des Vergleichers 7 eingestellt wird und zusammen mit dem Ausgangssignal des Mittelwert-Rechnungsteils 5 in den Vergleicher eingegeben wird, überschritten wird. Außerdem enthält der Feuer-

2^ Vorhersageteil 6 Speicherfunktionen, um von der Mittelwert-Berechnungseinheit 5 kommende Sensordaten zu erneuern und zu speichern, um die Berechnung durchzuführen. Die von dem Feuer-Vorhersageteil 6 kommenden Vorhersagedaten werden auf einen Vergleicher 9 gegeben,

2Q an welchem mittels einer Spannungsquelle 10 ein Schwellenwert eingestellt wird,· welcher festlegt, wann die Vorhersagedaten den Ausbruch eines Feuers bedeuten oder nicht. Wenn die Vorhersagedaten den durch die Bezugs-Spannungsquelle 10 festgelegten Schwellenwert

2g übersteigen, wird von dem Vergleicher 9 in Form eines Signals mit Η-Pegel ein Feuer-Erkennungssignal ausgegeben. Das Ausgangssignal des Feuer-Vorhersageteils 6 wird auf ein Feuersignal-Ausgabeteil 11 gegeben, welcher auf der Grundlage des Feuer-Ausgangssignals

OQ ein Schaltelement einschaltet, um ein Feuer-Signal zu senden, in dem ein Alarmstrom durch die von der Zentrale kommende Signalleitung fließen gelassen wird. Der Feuersignal-Ausgabeteil 11 kann auch so aufgebaut sein, daß er ansprechend auf eine von der Zentrale

on kommende Abfrage als Antwortsignal ein Feuersignal sendet. Ein Spannungsstabilisator 12 empfängt von der Zentrale die Versorgungsspannung und legt an die jeweiligen Schaltungen eine konstante Spannung.

Fig. 2 ist eine Schaltungsskizze,· die den Gesamtaufbau einer Analog-Feuerinformationsanlage gemäßt der p. Erfindung veranschaulicht.

Von einer Zentrale 21 aus geht ein Paar Versorgungs/ Signal-Leitungen ab. Diese Leitungen bestehen aus einer Signalleitung 22a, 22b und einer gemeinsamen Leitung 23. Diese Leitungen gehen für jeden Überwachungsbereich, zum Beispiel jedem Stockwerk, von der Zentrale 21 ab.

Zwischen die Signalleitung 22a und die gemeinsame . _ Leitung 23 sind mehrere Ein/Aus-Typ-Feuerdetektoren

25 parallelgeschaltet, und zwar einer für jeden Überwachungsbereich. Am Ende der Signalleitung befindet sich ein Abschlußwiderstand 26. An wichtigen Stellen, zum Beispiel in einem Rechenzentrum oder in einer Küche, also an Stellen, an denen mit einiger Wahrscheinlichkeit häufig Fehlalarme ausgelöst werden, befindet sich an der Signalleitung 22a ein intelligenter Detektor 25, der zwischen die Signalleitung 22a und die gemeinsame Leitung 23 parallel zu den Ein/Aus-Feuerdetektoren 24 geschaltet ist. Entsprechende Verbindungen von Ein/Aus-Feuerdetektoren 24 und einem intelligentem Feuerdetektor 25 finden sich auch an der Signalleitung 22b.

Der Ein/Aus-Feuerdetektor 24 schließt seine Schalt-30

kontakte zum Kurzschließen der Signalleitung 22a oder 22b mit der gemeinsamen Leitung 23 auf eine niedrige Impedanz, wenn ein Detektorsignal bezüglich einer durch ein Feuer bedingten Änderung einer physikalischen Größe, zum Beispiel einer Temperatur oder einer Rauchdichte, den festgelegten Schwellenwert überschreitet. Die Zentrale 21 stellt beim Einschalten des Ein/Aus-Feuerdetektors 24 eine Zunahme des

Stroms zwischen den Signalleitungen 22a, 22b und der gemeinsamen Leitung 23 fest und gibt einen Feueralarm aus.

Der intelligente Feuerdetektor 25 kann im wesentlichen den gleichen Aufbau haben wie der in Fig. 1 gezeigte Feuerdetektor 1, er besitzt jedoch in sich eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), mit deren Hilfe festgestellt wird, ob ein Feuer ausgebrochen ist oder nicht, und mit der ein Kurzschluß zwischen den Signalleitungen 22a, 22b und der gemeinsamen Leitung 27 ausgelöst wird, wenn ein Feuer erkannt wird. Dies

^5 geschieht mit Hilfe einer Schaltvorrichtung, ähnlich wie bei den Ein/Aus-Feuerdetektoren, so daß zu der Zentrale 21 ein Feuersignal übertragen wird. Insbesondere besitzt die Schaltvorrichtung 11 als Feuersignal-Ausgabeteil die Funktion einer Schnittstelle zum Ver-

2Q binden des intelligenten Feuerdetektors 25 mit der Signalleitung des herkömmlichen Feueralarmsystems. Die Schaltvorrichtung 11 schaltet einen in ihr befindlichen Tyristor oder ein ähnliches Bauelement, wenn von dem Feuer-Vorhersageteil 6 ein Feuersignal erhalten wird, um einen Kurzschluß zwischen dem Paar von Versorgungs/Signalleitungen, die von der Zentrale 21 kommen, zu bewirken.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen den bei der OQ Feuer-Erkennung verwendeten Schwellenwerten und dem Analog-Pegel. Zum Erkennen eines Feuerausbruchs werden ein Rechenbeginn-Startpegel, bei welchem die Vorhersage-Berechnung durch Funktionsapproximierung, und ein Gefahr-Pegel eingestellt. Dadurch erhöht man auf gc der Grundlage des Ergebnisses der Vorhersage-Berechnung eine Zeitspanne, die übrigbleibt, bis der Ausbruch eines Feuers gegeben ist. Der Gefahr-Pegel bestimmt sich auf der Grundlage einer Temperatur oder

einer Rauchdichte von Umgebungsbedingungen, unter denen ein Mensch leben kann.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm eines Beispiels für die

Feuer-Erkennungs-verarbeitung, die von den Feuer-Vorhersage teil 6 in dem intelligentem Feuerdetektor 25 durchgeführt wird. In diesem Flußdiagramm ist die _ Verarbeitung bei der Vorhersage-Berechnung duch Funktionsapproximierung beispielhaft dargestellt.

Die Feuer-Vorhersageberechnung wird folgendermaßen durchgeführt:

a. Eliminierung der Oberwellen durch Mittelwertberechnung

b. Schutzverarbeitung zur Vermeidung von Fehlalarmen

c. Vorhersageberechnung für ein Feuer entsprechend der Funktionsapproximierung.

Zuerst werden im Block 26 die Detektordaten von dem Analog-Sensor 1a durch die Abtastschaltung 2 abgetastet und dann im Block 27 der Mittelwertberechnung

unterzogen. Im Block 28 wird geprüft, ob die letzten 25

Mittelwertdaten den Rechenbeginn-Pegel übersteigen, d.h., ob von dem Vergleicher 7 ein Signal mit H-Pegel eingegeben wurde.

Der Feuer-Vorhersageteil 6 speichert sequentiell Sensordaten, zum Beispiel 2 0 Sensor-Datenwerte LD1 LD20 für die Berechnung mittels Funktionsapproximierung. Wenn der empfangene letzte Sensor-Datenwert LD20 den Rechenbeginn-Pegel übersteigt, folgt im Schritt 29 der Fehlälarm-Schutz.

Fig. 6 zeigt Steigungswerte y1 - y3 als Beispiele für Detektor-Daten. In diesem Fall ist die Steigung

y1 negativ während die Steigungen y2 und y3 positiv sind. Bei den positiven Steigungswerten y2 und y3 wird geprüft, ob sie einen vorbestimmten Steigungswert yk übersteigen oder nicht, und ob die Anzahl der Steigungswerte, die größer sind als yk, die Zahl η übersteigt. Wenn die Anzahl η von Steigungswerten größer als yk den Wert 2 übersteigt (siehe Fig. 6), 2Q so wird dies dahingehend interpretiert, daß die Möglichkeit eines Feuerausbruchs gegeben ist, und im nachfolgenden Verarbeitungsschritt 30 wird die Vorhersageberechnung durch Funktionsapproximierung begonnen .

Wenn andererseits gemäß Fig. 7 die Anzahl η von Steigungen mit einem Wert größer als yk kleiner als 2 ist, wird dies dahingehend interpretiert, daß die Datenänderungen auf beispielsweise den Rauch einer Zigarette zurückzuführen sind, und es erfolgt keine Vorhersage-Berechnung. Die durch den Fehlalarm-Schutz-Verarbeitungsblock 39 gelangenden Daten werden im Block 30 der Vorhersageberechnung zugrundegelegt.

2g Bei dieser Vorhersageberechnung wird eine zeitliche Änderung einer Temperatur oder einer Rauchdichte, hervorgerufen durch ein Feuer, folgendermaßen approximiert:

y = ax² + bx + c

Man erhält die Werte der Koeffizienten a, b und c der quadratischen Funktion nach Fig. 8 durch die 20 Datenwerte LD1 - LD2 0 aus der Mittelwertberechnung. „Ρ- Die Koeffizienten a, b und c erhält man durch Berechnung von aus Determinanten bestehenden Simultangleichungen nach der Methode der kleinsten Quadrate nach Gauss-Jordan.

Wenn die Koeffizienten a, b und c erhalten sind, läßt sich gemäß Fig. 9 die Stelle bestimmen, zu der hin eine zukünftige Datenänderung führt.

Deshalb wird im nachfolgenden Block 31 eine Zeitspanne tr berechnet, die benötigt wird, bis durch die IQ quadratische Funktion nach Fig. 8 der Gefahr-Pegel erreicht ist, und es wird eine Vorhersagezeit Tpu berechnet, die von dem augenblicklichen Zeitpunkt tn an verbleibt, bis der Gefahr-Pegel erreicht ist.

5 Da die Möglichkeit eines Feuerausbruchs um so größer ist, desto kürzer die bis zum Erreichen des Gefahr-Pegels verbleibende Zeitspanne ist, wird im Entscheidungsblock 32 die errechnete Zeit mit einer Schwellenwert-Zeit mit einer Schwellenwert-Zeit von beispiels-

2Q weise 8 00 Sekunden verglichen. Ist die verbleibende Zeit kürzer als 8 00 Sekunden, so wird dies als Feuerausbruch interpretiert, und im Block 33 wird ein Feueralarm gegeben.

Die Vorhersage-Berechnung wird in ähnlicher Weise durchgeführt wir bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel. Bei dieser Ausführungsform wird zwar die quadratische Funktionsapproximierung verwendet, jedoch kann man auch linear Approximieren.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer anderer Ausführungsform eines intelligenten FEuerdetektors, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 gibt der intelligente ₃g Feuerdetektor 21 lediglich ein Feuer-Erkennungssignal in Form eines Ein/Aus-Signals an die Zentrale, wohingegen bei dieser Ausführungsform ein spezielles Kennungssignal von dem intelligenten Feuerdetektor

35 abgegeben wird, wobei das Kennungs-Signal eine Adresse dieses Detektors 35 darstellt.

Der Analog-Sensorabschnitt 19, der Feuer-Vorhersageteil 6, der Feuersignal-Ausgabeabschnitt 1 und der Spannungsstabilisator 12 entsprechen im wesentlichen den entsprechenden Teilen gemäß Fig. 2, hier ist jedoch in Reihe zu dem Feuer-Signal-Ausgabeteil 11 zusätzlich ein Kennungssignal-Sender 36 vorgesehen. Das Feuer-Erkennungs-Ausgangssignal des Feuer-Vorhersageteils 6 gelangt nicht nur zu der Schaltvorrichtung 11, sondern außerdem gleichzeitig zu dem Kennungssignal-Sender 36. Der Kennungssignal-Sender 36 sendet ein Kennungssignal an die Zentrale, welches eine zuvor zugewiesene Frequenz oder ein Adreßsignal als Codesignal aufweist. Die Zentrale empfängt das über den Feuer-Signal-Ausgabeabschnitt 11 gesendete Feuer-Erkennungs-

signal und empfängt gleichzeitig das Kennungs-Signal, 20

um eine Zone anzuzeigen., in der Feuer ausgebrochen ist.

Fig. 11 zeigt eine Analog-Feueralarmanlage, in der sämtliche Feuerdetektoren, die zwischen den Versorgungs/

Signal-Leitungen 22a, 22b liegen, erfindungsgemäße 25

Analog-Feuerdetektoren 1, 25 und 35 sind. In der Fig. ist noch ein Abschlußwiderstand dargestellt, mit dessen Hilfe eine mögliche Trennung der Leitungen festgestellt wird.

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Analog-Feuerdetektors. Bei dieser Ausführungsform wird die Feuer-Vorhersage durchgeführt auf der Grundlage von durch ein Feuer verursachten Änderungen verschiedener physikalischer Phänomene.

Gemäß Fig. 12 sind Analogsensoren 1a - 1n vorgesehen,

die unterschiedliche Änderungen von Zustandsänderungen erfassen, die durch ein Feuer verursacht werden, zum Beispiel von Temperatur-Rauchdichte-CO-Gas-Konzentrations-Änderungen. Die Ausgangssignale der Analog-Sensoren 1a - 1n werden auf eine Abtastschaltung 2 gegeben, von einem Analog/Digital-Umsetzer 3 in digitale Daten umgesetzt und dann zu einem Feuer-Vorhersageteil 16 gegeben. Der Feuer-Vorhersageteil 6 ent-

hält einen Vektor-Vorhersage-Rechenteil 38, welcher zukünftige Datenänderungen aus denjenigen Vektor ermittelt, der aus η unterschiedlichen Arten von Feuerdaten gebildet wird. Außerdem enthält der Teil 6 einen Vektor-Bestimmungsteil 39, der den Ausbruch

eines Feuers erkennt, wenn die Vorhersage-Vektordaten einen Schwellenwert übersteigen, der in einem n-dimensionalen Raum eingestellt ist.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der erfindungs-

gemäßen Feuer-Erkennungseinrichtung erläutert werden.

Wenn η Arten von Zustandsgrößen bezüglich eines Feuers von den Analog-Sensoren 1a - 1n festgestellt werden und die jeweiligen Werte x1, x2....xn aufweisen, und wenn ein n-dimensionaler Raum mit den jeweiligen Zustandsgrößen x1 - xn als Koordinatenachsen vorhanden ist, läßt sich der zusammengesetzte Vektor X in dem

n-dimensionalen Raum wie folgt ausdrücken: 30

X = x1i1 + x2i2 + .... + xnin

wobei ii (i + 1, 2, ... .n) einen Einheitsvektor in der jeweiligen Koordinatenrichtung darstellt. Wenn in den zusammengesetzten Vektor X ein Zeitelement t enthalten ist, ändert sich der zusammengesetzte Vektor X in dem n-dimensionalen Raum entsprechend der Entwicklung des

Feuers, und der vom Endpunkt des synthetischen Vektors

X ausgehende Vektorort zeigt eine Änderung der Umge-5

bungsbedingungen an. Somit lassen sich die Umgebungsbedingungen bezüglich eine Feuers durch den Vektor X (t) in den n-dimensionalen Raum ausdrücken.

In dem durch die η physikalischen Zustandsänderungen bestimmten n-dimensionalen Raum läßt sich der Gefahr-Pegel, d.h. ein Pegel, bei dem es für einen Menschen schwierig wird, zu überleben, als zu erfassende Größe einstellen als eine n-dimensionale geschlossene Fläche.

Die n-dimensionale geschlossene Fläche, welche den Geil 5

fahr-Pegel definiert, wird durch folgende Formel ausgedrückt :

f (x1, x2, .... xn) = 0

Wenn in diesem Fall der Endpunkt des Vektors X, bestimmt durch die ZuStandsgröße x1 - xn, durch die geschlossene Fläche dringt, kann man annehmen, daß das Feuer den Gefahr-Pegel erreicht hat.

Wenn die geschlossene Fläche f (x1 ....xn) = 0 eine dreidimensionale elliptische Fläche ist, läßt sich die Formel (2) folgendermaßen ausdrücken:

(a1x1² - a2x2² + a3x3²) -1=0 30

Die Konstanten al - an in χ1 - xn enthalten und auf x1 - xn normiert sind, läßt sich die den Gefahr-Pegel darstellende geschlossene Fläche betrachten als eine

dreidimensionale Kugelfläche mit einem Radius r: 35

(x1² + x2² + x3² ) - r² = 0

w Γ;:^::" Γ:!.:.. ":·■- ^3-1 36118Ϊ6

In anderen Worten: die Konstanten al - an lassen sich ändern, um Analog-Daten 1a - 1n zu erhalten und die optimale Feuererkennung zu ermöglichen.

Nachdem die n-dimensionale geschlossene Fläche zum Bestimmen des Gefahr-Pegels eingestellt ist, werden die Zustandsgrößen x1 (t) bis xn (t), die im Zeitpunkt t ermittelt wurden, in die obigen Werte x1 - xn eingesetzt. Wenn die Bedingung

f (xi (t)) > 0

erfüllt ist, durchsetzt der Endpunkt des Vektors X die durch obige Formel gegebene, geschlossene Fläche und liegt außerhalb der geschlossenen Fläche. Deshalb läßt sich sagen, daß die Bedingungen des Feuers den

Gefahr-Pegel übersteigen.
20

Um die zukünftige Lage des n-dimensionalen Vektors X linear vorauszusagen, wird die Steigung ( ^X /9t), des Vektors X (t) im derzeitigen Zeitpunkt to bezüglich der Zeit t erhalten, und der Vektor X (t) wird

entlang der Steigung derart verlängert, daß der Endpunkt des Vektors X nach Verstreichen der vorbestimmten Zeitspanne vorausgesagt werden kann.

Insbesondere wird der Vektor X (to + ta) nach Ver-

streichen von ta Sekunden seit dem momentanen Zeitpunkt to folgendermaßen angenähert:

X (tO + ta) = X (to) + ta(^X/BT)_t0

Die Steigung (^X/^t) läßt sich ermitteln durch eine Differenz zwischen der Vektorposition X (to -^t zu einem Zeitpunkt, der um eine vorbestimmte Zeit t bezüglich des momentanen Zeitpunkts to zurückversetzt

ist, und der Vektorposition X (t):

₀ ^{= x} <^t0> - ^x

Wenn diese Formel durch die jeweiligen physikalischen Zustandänderungen x1 - xn ausgedrückt wird, erhält man

folgende Beziehungen: 10

xi (tO+ta) = x1 (tO)+ta ( 3X1/Ό t) _

• ·

• *

• ·

sn(tO+ta) = xn(tO)+ta(^Xn/Bt)_t0

¹^ Die Steigungen der von den jeweiligen Analog-Sensoren 1a - 1n kommenden Daten lassen sich wie folgt ausdrücken :

)_t0 = xi (to)-xi

Cix2/n) = x

("Öxn/"dt)_t0 = xn(tO)-xn(tO-Ät)/At Wenn i = 1, 2 ....n, gilt

xi(to + ta) = xi + ta(

Oxi/bt)_t0 = xi (to)-:

Wenn die laufenden Durchschnittsdaten LD1 , LD2" LDn^m im momentanen Zeitpunkt to berechnet werden, "™ läßt sich die Zustandsgröße jedes Sensors 1a - 1n nach der vorbestimmten Zeitspanne ta wie folgt ausdrücken :

x1^m+M = LD1^m + MAt x2^m+M = LD2^m +

xn^m+M = LDn^m .

Die Steigungen betragen:

= LDi^m
= LD2^m

Cöxn/ 0t)_to = LDn^m

Der Vektor-Vorhersage-Rechenteil 38 sagt die Lage des Endpunkts des zusammengesetzten Vektors X unter Verwendung der Daten xn^m+M, x2^m+M xn^m+M nach der

vorbestimmten Zeitspanne ta gemäß obiger Berechnung voraus. Insbesondere werden diese Daten für die vorig bestimmte Gleichung der geschlossenen Fläche f(x)_D zum Berechnen der Werte ersetzt. Wenn die Gleichung gegeben ist als

f(x)_D = (a1(x1)² + a2(x2)² + +an(xn)²) - 1

wird die geschlossene Fläche f(x _+M)_D davon nach Verstreichen der vorbestimmten Zeitspanne t seit dem

momentanen Zeitpunkt t_n folgendermaßen berechnet:

f(x_m+M)_D = (a1(x1^m+M)² + ... ₊an(xn^m+M)²) - 1 Da xi^m in der obigen Formel ein Element der Zeit enthält, sind die Positionen der Endpunkte der synthe tischen Vektoren X, die durch Zusammensetzen der zukünftigen Werte der jeweiligen Daten erhalten werden, bezüglich der vorbestimmten geschlossenen Fläche f(X) = 0 dargestellt.

Der Vektor-Bestimmungsabschnitt 39 ermittelt, ob der Endpunkt des zusammengesetzten Vektors X innerhalb oder außerhalb der geschlossenen Fläche f(x)_D = 0 liegt, wenn die Beziehung gilt:

a1(x1^ffl+M)' + a2(x2^m+M)² + ₊an(xn^m+M)² - 1>

und er erzeugt ein Ausgangssignal, das an den Feuersignal-Ausgabeabschnitt 11 gegeben wird.

Um die Position des Endpunkts des zusammengesetzten Vektors X auf einen quadratischen Punkt anzunähern, kann man die folgende quadratische Approximierung mit Differenzialkoeffizienten benutzten:

X(tO+ta) =

Die Vorhersage des Vektors läßt sich in ähnlicher Wei-

se bezüglich einer η-ten Approximierung, zum Beispiel einer dritten oder höheren Approximierung, durchführen .

Fig. 13 zeigt anhand eines Flußdiagramms den Ablauf

bei der Feuer-Erkennung mit Hilfe des Vektor-Vorhersage-Berechnungsteils 38 und des Vektor-Bestimmungsteil 39 gemäß Fig. 12.

Gemäß Fig. 13 werden η-Arten unterschiedlicher Analog-Daten abgetastet und dann einer Mittelwertberechnung unterzogen, um Rauschen zu beseitigen (Block 40). Dadurch werden unterschiedliche Arten von Zustandgrößen x1, x2 .... xn erhalten, die eine charakteristische Feuer-Zustandsgröße für jeden Sensor 1a - 1n darstel-

.

len.

Anschließend wird im Block 41 die Vorhersage-Berechnung für ein Vektorelement xi(tO+tr) nach Ablauf einer Zeit tr durchgeführt.

Nachdem die Vorhersage-Berechnung des Vektorelementε xi(tO+tr) nach Verstreichen der Zeit tr seit dem

momentanen Zeitpunkt to beendet ist, erfolgt im Block 42 die Vektor-Vorhersage-Berechnung, um zu erfahren, ob der Vorhersage-Vektor X (tO-tr) die geschlossene,

gekrümmte Fläche f(x1, x2, xn) = 0, die zuvor in

dem n-dimensionalen Raum zur Festlegung des Gefahr-Pegels eingestellt wurde, überschreitet.

IQ Insbesondere werden die im Block 41 nach der Zeit tr erhaltenen Vektorelemente x1(tO+tr) bis xn(tO+tr) für f(x1, x2 xn) eingesetzt, um deren Werte zu erhalten.

jK Dann wird im Block 4 3 ermittelt, ob die Werte von f(x1, x2....xn), die durch den Vorhersage-Vektor nach der Zeit tr gegeben sind und im Block 42 ermittelt wurde, größer als 0 sind oder nicht. Wenn der Vorhersagevektor die den Gefahr-Pegel definierende geschlos-

2Q sene, gekrümmte Fläche übersteigt, ist der berechnete Wert im Block 42 positiv und größer als 0, während dann, wenn der Vorhersagevektor die geschlossene, gekrümmte Fläche des Gefahr-Pegels nicht erreicht, der berrechnete Wert negativ und kleiner als 0 ist.

Wenn daher die Beurteilung im Block 43 ergibt, daß der Wert größer als 0 ist, so bedeutet dies, daß der Vorhersagevektor nach der Zeit tr die geschlossene, gekrümmte Fläche des Gefahr-Pegels erreicht, und demzufolge wird im Block 44 ein Feuersignal ausgegeben.

Fig. 14 ist eine grafische Darstellung von Koordinaten und veranschaulicht die Feuer-Erkennung auf der Grundlage der vorausschauenden Berechnung des Vektors gemäß dem in Fig. 13 gezeigten Flußdiagramms. Angezeigt sind in der grafischen Darstellung zwei Analog-Werte, nämlich Temperatur und Rauchdichte.

Wenn beispielsweise der Gefahr-Pegel der Temperatur

77 : -:

zu 100° Celsius angenommen wird, während der Gefahren Pegel der Rauchdichte 20 % m Auslöschung betragen

soll, ergibt sich beispielsweise ein Vektor-Gefahr-Pegel D, der in der Zeichnung durch eine ausgezogene Linie angegeben ist. Dieser wird vorab innerhalb eines absoluten Gefahr-Pegels eingestellt, welcher ,Q durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist.

Wenn ein solcher zweidimensionaler Temperatur/Rauchdichte-Raum existiert und der Vektor im momentanen Zeitpunkt (Ursprung) to den Wert X (to) hat, wird

,p- der Vektor X(tO + tr) nach Verstreichen der Zeitspanne tr seit der Ursprungs zeit to vorausschauend berechnet. Wenn der berechnete Vorhersage-Vektor X (to + tr) den dargestellten Gefahr-Pegel D überschreitet, so wird dies als Feuer-Ausbruch interpre-

2Q tiert, und es wird ein Feuersignal ausgegeben. Wenn der Vektor X (to + tr) den Gefahr-Pegel D nicht erreicht, wird kein Feuersignal ausgegeben, und die Vorhersageberechnung des Vektors auf der Grundlage der nachfolgenden Abtastdaten wird anschließend c durchgeführt.

Obschon bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die Feuer-Erkennung durchgeführt wird durch die vorausschauende Berechnung mit Funktionsapproximierung, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Feuer-Erkennung kann auch durch ein anderes geeignetes Steuerprogramm erfolgen.

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Claims

KUNKERSCHMITT-MkSONHIRSCH : Γ.-"..: ^

K 30 508/7al

Hochiki Kabushiki Kaisha 10-43, Kamiosaki 2-chome Shinagawa-ku
Tokyo

JAPAN

Analog-Feuerdetektor und Analog-Feueralarmanlage

Patentansprüche:

1 . Analog-Feuerdetektor, gekennzeichnet

durch

- eine Sensor-Einrichtung (1a....1n), die in analoger Form eine oder mehrere Arten von Zustandsänderungen, die durch einen Feuer-Ausbruch verursacht werden, erfaßt,

- eine Abtasteinrichtung (2) zum Abtasten der Ausgangssignale der Sensor-Einrichtung mit einer vorbestimmten Periodendauer, und

- eine Feuer-Erkennungseinrichtung (6), die zukünftige Feuerdaten-Änderungen anhand der Abtastdaten voraussagt und ein Feuer-Ausgangssignal erzeugt, wenn die Vorhersagedaten vorbestimmte Bedingungen für einen Feuer-Ausbruch erfüllen.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ eichnet, daß die Feuer-Erkennungseinrichtung (6) eine Änderung der Feuer-Daten mit Hilfe der Funktionsapproximierung voraussagt.
3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Datenübertraguns-Steuereinrichtung vorgesehen ist,

welche die Übertragung der Abtastdaten zu der Feuer-Erkennungseinrichtung verhindert, wenn die Datenwerte unterhalb eines vorbestimmten Werts liegen, und die Datenübertragung zu der Feuer-Erkennungseinrich- IQ tung ermöglicht, wenn die Datenwerte den vorbestimmten Wert überschreiten.
4. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Feuer-Erkennung in der Feuer-Erkennungseinrichtung (6) ein Rechenbeginn-Pegel eingestellt ist.
5. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte

2Q Wert für die Abtastdaten ein Sensor-Schwellenwert ist, der zum Zwecke der Rauschreduzierung definiert ist.
6. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Feuer-Be-Stimmung in der Feuer-Erkennungseinrichtung ein Rechenbeginn-Pegel eingestellt ist, und daß der vorbestimmte Wert der Abtastdaten ein Sensor-Schwellenwert für die Rauschreduzierung ist.
gQ 7. Detektor nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mittelwert-Berechnungseinrichtung (5) vorgesehen ist, die eine Mittelwertberechnung durchführt, und daß die Feuer-Erkennungseinrichtung eine Änderung der Feuerdaten auf der Grundlage der Mittelwertberechnungs-Daten voraussagt.
8. Detektor nach einem der Ansprüche 1 - 7,

dadurch gekennzeichnet, daß er zwischen ein Paar von Versorgungs/Signal-Leitungen geschaltet ist und außerdem einen Feuersignal-Ausgabe-Abschnitt aufweist, der in der Lage ist, zwischen den Signal-Leitungen auf der Grundlage des Ausgangssignals der Feuer-Erkennungseinrichtung (6) einen Kurzschluß herzustellen, um ein Signal zu übertragen.
9. Detektor nach Anspruch 6, dadurch

gekenn zeichnet, daß ein Kennungssignal-Übertragungsabschnitt (36) vorgesehen ist, der über die Signalleitungen ein Kennungssignal mit einer zuifvor zugewiesenen Frequenz oder ein Adreßsignal sendet, wenn der Feuersignal-Ausgabeabschnitt (11) ein Signal ausgibt.
10. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, d a 2Q durch gekennzeichnet, daß die Feuer-Erkennungseinrichtung (6) einen Vektor-Vorhersageteil (38) zum Vorhersagen zukünftiger Feuerdaten aus den durch mehrere Arten von Abtastdaten gebildeten Vektor enthält, und daß ein Vektor-Bestimmungsabschnitt vorgesehen ist, der ein Feuer-Erkennungs-Ausgangssignal erzeugt, wenn die Vorhersage-Vektor-Daten einen zuvor in einem Vektorraum gegebener Dimension eingestellten Pegel überschreiten.

oQ
11. Feueralarmanlage, gekennzeichnet durch

- eine Zentrale (21), und

- mehrere Analog-Feuerdetektoren (25), die an ein Paar von von der Zentrale (21) kommende Versorge gungs/Signal-Leitungen angeschlossen sind, wobei die Analog-Feuerdetektoren (25) jeweils aufweisen: eine Sensoreinrichtung (1a) zum Erfassen einer oder mehrerer, auf einen Feuer-Ausbruch zu-

führender Zustandsänderungen in analoger Form, eine Abtasteinrichtung (2), die die Ausgangssignale der Sensor-Einrichtung mit einer vorbestimmten Periodendauer abtastet und eine Feuer-Erkennungseinrichtung (6), die zukünftige Feuerdaten-Änderungen anhand der Abtastdaten voraussagt und ein Feuer-Erkennungs-Ausgangssignal erzeugt, wenn die Vorhersagedaten vorjQ bestimmte Bedingungen bezüglich eines Feuer-Ausbruchs erfüllen.
12. Feueralarmanlage, gekennzeichnet:
- eine Zentrale (21),

- mehrere Ein/Aus-Typ-Feuerdetektoren (24), die an ein Paar von von der Zentrale (21) kommende Versorgungs/Signal-Leitungen derart geschaltet sind,

_; daß die Signalleitungen auf eine niedrige Impendanz

2Q kurzgeschlossen werden, wenn der auf Grund eines

Feuers geänderte Wert der Zustandsgröße einen Schwellenwert übersteigt, und

- einen intelligenten Feuerdetektor (25), der in einem speziellen Bereich, zu dem die Spezialleitungen hinführen, angeordnet ist, zum Beispiel in einem wichtigen Überwachungsbereich oder in einem Bereich, in dem die besondere Gefahr von Fehlalarmen gegeben ist, und der so ausgebildet ist, daß er die Leitungen auf niedrige Impedanz kurzschließt, wenn ein Vorher-„Q sagewert einer auf Grund eines Feuer-Ausbruchs erfolgenden Änderung einer Zustandsgröße vorbestimmte Feuer-Bedingungen erfüllt,

wobei der intelligente Feuerdetektor (25) aufweist: eine oder.mehrere Sensoreinrichtungen, die in analoger O₅ Form eine oder mehrere Zustandsgrößen, die sich auf

Grund eines Feuerausbruchs ändern, erfassen, eine Abtasteinrichtung (2) zum Abtasten der Ausgangssignale der Sensor-Einrichtungen mit einer vorbestimmten Pe-

riodendauer, einer Feuer-Bestimmungseinrichtung, die anhand der Abtastdaten zukünftige Feuerdaten-Änderungen vorhersagt und ein Feuer-Erkennungs-Ausgangssignal erzeugt, wenn die Vorhersagedaten vorbestimmte Feuer-Bedingungen erfüllen, und einen Feuersignal-Ausgabeabschnitt (11) zum Kurzschließen der Versorgungs/Signal-Leitungen (22, 22b, 23) auf niedrige Impedanz, wenn die Ausgabe eines Feuer-Erkennungs-Signals erfolgt.
13. Feueralarmanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuer-Erkennungseinrichtung des intelligenten Feuer-

detektors (25) eine Änderung der Feuerdaten durch Funktionsapproximierung voraussagt.
14. Feueralarmanlage nach Anspruch 12 oder 13,

dadurch gekennzeichnet, daß der

intelligente Feuerdetektor (25) außerdem einen Datenübertragungs-Steuerabschnitt (7) aufweist, der die Übertragung von Abtastdaten zu der Feuer-Erkennungseinrichtung (6) verhindert, wenn die Datenwerte kleiner sind als ein vorbestimmter Wert, und der die

Übertragung der Daten zu der Feuer-Erkennungseinrichtung (6) ermöglicht, wenn die Datenwerte den vorbestimmten Wert übersteigen.
15. Analog-Feuerdetektor nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechenbeginn-Pegel für die Feuer-Erkennung der Feuer-Erkennungseinrichtung vorgesehen ist.
16. Detektor nach Anspruch 14, dadurch gekenn ze ichnet, daß zur Rauschverringerung der vorbestimmte Wert für die Abtastdaten ein Sensor-Schwellenwert ist.
17. Detektor nach Anspruch 14, dadurch

gekennzeichnet, daß für die Feuerer-

kennung durch die Feuer-Erkennungseinrichtung ein Rechenbeginn-Pegel vorgesehen ist, und daß zur Rauschverminderung der vorbestimmte Wert der Abtastdaten ein Sensor-Schwellenpegel ist.
18. Feueralarmanlage nach einem der Ansprüche

12 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß der intelligente Detektor (25) außerdem eine Mittelwert-Berechnungseinrichtung aufweist, die eine Mittelwertberechnung durchführt, und daß die Feuer-

Erkennungseinrichtung (6) eine Änderung der Feuer-Daten auf der Grundlage der Mittelwert-Daten voraussagt.
19. Feueralarmanlage nach Anspruch 12 oder 13,

dadurch gekennzeichnet, daß die Feuer-Erkennungseinrichtung des intelligenten Feuer-Detektors einen Vektor-Vorhersage-Berechnungsteil aufweist zum Vorhersagen zukünftiger Feuerdaten aus dem Vektor, der gebildet wird durch mehrere Arten von Abtastdaten, und daß ein Vektor-Bestimmungsabschnitt vorgesehen ist, der ein Feuer-Erkennungs-Ausgangssignal erzeugt, wenn die Vorhersage-Vektordaten einen vorbestimmten Pegel übersteigen, welcher vorab in einem Vektorraum gegebener Dimension eingestellt wurde.