EP2017803B1 - Active function maintenance and safety system for warning loudspeaker networks in double-wire loop system - Google Patents

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EP2017803B1
EP2017803B1 EP07013864A EP07013864A EP2017803B1 EP 2017803 B1 EP2017803 B1 EP 2017803B1 EP 07013864 A EP07013864 A EP 07013864A EP 07013864 A EP07013864 A EP 07013864A EP 2017803 B1 EP2017803 B1 EP 2017803B1
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EP
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loop
function maintenance
module
loudspeaker
double
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Herbert Puchner
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    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/16Security signalling or alarm systems, e.g. redundant systems
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B25/00Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems
    • G08B25/01Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium
    • G08B25/04Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium using a single signalling line, e.g. in a closed loop
    • GPHYSICS
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    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
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    • GPHYSICS
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    • G08B7/06Signalling systems according to more than one of groups G08B3/00 - G08B6/00; Personal calling systems according to more than one of groups G08B3/00 - G08B6/00 using electric transmission, e.g. involving audible and visible signalling through the use of sound and light sources
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R29/007Monitoring arrangements; Testing arrangements for public address systems
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R27/00Public address systems

Definitions

  • the invention relates to an active function maintenance and security system for alarming loudspeaker networks.
  • the wiring must comply with the standards for emergency and / or alarm systems (point 6 in EN 60849).
  • a failure of a loudspeaker circuit must not lead to a complete failure of the supply of the loudspeaker area (point 4.1-g in EN 60 849).
  • the monitoring should indicate the failure ... of a loudspeaker circuit. (Point 4.1 in EN 60 849: note 1)
  • a communication and monitoring system for traffic engineering is proposed in which a loop connects a control unit with extensions.
  • the extensions contain amplifiers for amplifying the signals circulating in the loop.
  • the extensions can imprint monitoring signals on the loop, for example, to report a fault to the control unit. If a fault occurs in a line section of the loop, then the unidirectional signal flow remains obtained until the last extension before the faulty line section.
  • the branches behind the faulty line section send fault messages to the control unit in the specified unidirectional direction. Since the control unit can transmit signals via the loop to the branches only in the predetermined direction, the extensions located behind the faulty line section receive no signals from the control unit.
  • a second ring line is provided, the signal flow direction is opposite to the first ring line.
  • extensions can be supplied with signals before the first faulty line section as well as behind the last faulty line section.
  • the transmission path between the last extension and the controller can be replaced by looping.
  • the aim of the invention is to significantly reduce and simplify their use both the previously required installation effort, as well as to ensure a timely unrestricted and independent of the fire temperature and the installation material used functional integrity of the alarm.
  • FIG. 1 All examples given below, not falling within the scope of the invention as defined in the appended claims as well as the necessary configuration loud FIG. 1 are not to be regarded as embodiments or examples of the invention.
  • the tolerance-sensitive loudspeaker circuit monitoring in the central device can be omitted.
  • each error is registered and reacted to it at the same time.
  • the affected loudspeaker or cable section is isolated from the unaffected parts of the system and a two-way supply of the faulty network is established, as in the case of a failure due to interruption, and a fault is registered centrally.
  • the malfunctioning alarming loudspeaker network automatically re-operates with the exception of the defective part.
  • FIG. 1 shows the basic structure for the alarming loudspeaker network with active functional maintenance system on a two-wire loop basis.
  • An operating voltage (for example 24V) is applied to 1-2, the amplifier output with potential-free output transformer to 3-4 and the forward line 5-6 and the return line 7-8 to the infeed and mode switching module FIG. 2 connected.
  • the required function maintenance and security modules FIG. 3 are connected in series and each have a speaker output 55-56 to connect the speaker.
  • the module FIG. 3 each housed in the speaker cabinet or a separate installation junction box in the speaker room.
  • the last module FIG. 3 becomes on another, spatially not the same route back to the feed and mode switching module FIG. 2 recycled.
  • electronics with fault alarm contact outputs 34 are also installed for error message forwarding.
  • FIG. 2 shows the principle of the central interface as a feed and mode switching module for loop alarming loudspeaker networks.
  • At 1-2 is the operating voltage (usually 24V).
  • At 3-4 is the amplifier output (usually 100V).
  • the outgoing line and at 7-8 the return line of the loudspeaker loop is connected. There are still various connections for the fault message output and a reset input for resetting correctly latched, stored fault messages.
  • the operating voltage is applied.
  • the DC-DC converters 9 and 10 each generate a 24V output voltage.
  • Relays 11 and 12 energize and switch over with their contacts. This puts each converter on its normal workstation.
  • the two voltage outputs are combined to form an operating voltage for the floating control functions of the electronics 17 and 18.
  • About the switched contacts 11 and 12 and the 5W resistors (22 ohms) 19 and 20 are the two Electrolytic capacitors (10,000 uF) 21 and 22 pre-charged to avoid a transformer short-circuit.
  • the reset relay 33 is set.
  • relay 30 can not be energized, although opto-coupler relay 29 could not attract across 7-8 due to lack of voltage feedback, and contact 29 is therefore closed.
  • the control electronics 17 and 18 pull the relays 23 and 24 and bridge the resistors 19 and 20, since now the capacitors 21 and 22 are pre-charged.
  • the relays 25 and 26 drop off again.
  • the full voltage of converter 9 is thus present across the closed contact at the forward output 5-6 and the loop is energized. This builds up the error-free loop through the external speaker modules and must eventually arrive at the return line input 7-8 again.
  • the fault signaling logic 30 switches off, and a few seconds later the fault message readiness switches on. This would initially allow the two-way function as needed and then issued from this point any errors as a message.
  • both the loop supply voltage 24V and the 100V audio frequency voltage are available.
  • the return line 7-8 is connected as input to optocoupler relay 29, which has attracted.
  • the external loudspeaker modules react and switch off the short-circuited section by disconnecting the line. Miscellaneous Behavior of the central module as in a normal interruption.
  • the external loudspeaker modules briefly disconnected the loop and then rebuilt the loop. Only the first module before the short circuit separates the loop from the short circuit.
  • the electronics 17 registers a voltage dip by the short circuit on the outgoing line 5-6 and immediately switches relay 25. This opens contact 25 and the voltage of the converter 9 is through the resistor 31 (4.7 kohm / 5W) protected against short circuit at output 5-6. Likewise, at the same time the amplifier output is protected by the resistor 31 from shorting to 5-6.
  • the electronics 17 only switches the relay 25 off again when it receives a voltage again via the resistor 31, that is to say after the short circuit has been eliminated.
  • the module remains in the two-way state until the relay 30 drops again when the reset 33 is triggered after short-circuit removal.
  • the external loudspeaker modules briefly disconnected the loop and then rebuilt the loop. Only the last module before the short circuit separates the loop from the short circuit.
  • the electronics 18 registers a voltage dip through the short circuit at the return line 7-8 and immediately switches relay 26. This opens contact 26 and the voltage of the converter 10 is through the resistor 32 (4.7 kohm / 5W) protected against short circuit at output 7-8.
  • the amplifier output is protected by resistor 32 from shorting at 7-8.
  • the electronics 18 switches off the relay 26 again only when it receives a voltage again via the resistor 32, ie after Elimination of the short circuit.
  • the module remains in the two-way state until the relay 30 drops again when the reset 33 is triggered after short-circuit removal.
  • the converters are permanently short-circuit proof and generously designed according to the expected current drain (up to 1A, depending on the number of external speaker modules).
  • the amplifier output voltage up to 100V - audio frequency AC voltage
  • the two transducers 9-10 the capacitors 21 and 22.
  • a permanent operating voltage for working in the potential-free electronics is created.
  • Parallel to the converter 9 is the relay 11 and parallel to the converter 10, the relay 12. If a transducer voltage is present, then pull these relays and the output voltage of converter 9 is connected via the contact 11 to Hin effetsausgang from converter 10 via the contact 12 for provided the second channel. If one of the two transformers fails, its relay (11 or 12) drops out and switches the respective channel to the still functioning converter with the aid of the contacts (11 or 12).
  • FIG. 3 shows the principle of the function preservation backup module, which is in practice at the respective alarm loudspeaker and divided the two-wire loop into serial sections, which are either turned on or locked.
  • Throttle 58 in conjunction with capacitor 64 (220uF), cuts off an additional 100V AC incoming voltage on transmission 51-52, as well as choke 62 and capacitor 65 (220uF).
  • the diodes 66 and 67 connected in parallel to the capacitors 64 and 65 serve as polarity protection for these capacitors. Since the series components are relatively high impedance (chokes about 300 ohms, 100V speakers 50 ... 500 ohms), the internal operating voltage 68 builds up slowly (in about 1 second) until it reaches its full height. Therefore, a threshold circuit 69 is connected to the operating voltage, which only turns on its output 71 when it reaches a voltage sufficient for the 24V relay 70 with sufficient certainty of over 20V. Before, however, a voltage of at least 5V must still be present at the inputs 73 and 74 at the NAND gate 72, before the arrival of the voltage 71 can cause the NAND element 72 to attract the relay 70.
  • the operating voltage 68 drops due to the load from the relay 70 to a safe for the relay holding voltage of about 12V.
  • the threshold switch 69 is designed to be at turns on over 20V and then holds itself until it is reset by another input 73 from the NAND gate 72 when one of the voltages 73 or 74 after the relay suit was no longer present.
  • the relay now pulls and remains energized.
  • the two contacts 75 and 76 switch over.
  • the speaker 55-56 is switched to 52-54 via the fuse 57 and the bipolar electrolytic capacitor 77 (10 ⁇ F), thus obtaining the audio frequency voltage of 51-52.
  • Contact 76 bypasses resistor 61 and turns the loop on by connecting 51 and 53 (to the next module or as return). Now normal operation is on.
  • the loop break causes no change from the normal operating state on this module. It is only registered in the central module, as there at the return line input nothing arrives.
  • the speaker 55-56 is above 57 and 77 via the closed contacts 75-76 parallel to 61 in series between 51 and 53. It does not matter if the short circuit takes place at 51-52 or 53-54.
  • the loop is interrupted for the central module.
  • the fuse 57 is triggered by the audio frequency 100V (distance from 51 via 55-56, capacitor 77, contact 75 to 52). In this case, then a fuse break is generated again with fuse melting.
  • FIG. 4 shows the earth fault monitoring for the central feed and mode switching module FIG. 2 .
  • the monitoring may not detect ground fault resistors by DC voltage, since no fixed potential reference can be assumed due to the potential-free 24 V DC voltage on the loop and potential-free.
  • the circuit must also be immune, so that no false triggering can take place.
  • Higher measuring frequencies could emit interfering radiation or be influenced by the inaudible pilot tone frequency (20 to 25 kHz) of the monitored 100V amplifiers, because unbalance is measured against earth.
  • the speaker wires are sampled only briefly for measurement for several reasons.
  • a PLL circuit consists of a generator whose frequency is equal to the evaluation frequency of its detector circuit. If the generator frequency is then fed back to the detector input via a defined adjustable threshold circuit, the PLL circuit recognizes its own frequency and switches its evaluation output. If the level of the detector input drops below its threshold, the evaluation input responds immediately to an interruption. This happens much faster than if the PLL had to catch an offered frequency first. At the same time, in principle, it does not matter which PLL frequency it is, it just has to be its own.
  • the measurements can not be made simultaneously on both wires of a loudspeaker line, the measurements must be made one after the other. According to the regulations, a measuring process must be carried out on every wire every 100 seconds at the latest. As measuring time, 2 seconds have proven sufficient. In order not to burden the wires with earth due to the measuring process and at the same time to protect the measuring circuit from possible overvoltages up to 100V ⁇ in the event of a fault, the control circuit is connected to high impedance.
  • the PLL generator output 81 is fed via a level regulator 82 to an output amplifier and impedance converter 83, which are strongly counter-balanced for harmonics.
  • the output capacitor 84 is followed by a high-impedance low pass 85 (47 kOhm) for further harmonic removal.
  • This is followed by another high-impedance low pass 86 (130 kOhm) for the detector input 89, which is preceded by the DC voltage cutoff capacitor 87.
  • an overvoltage limitation 88 consisting of two Zener diodes 10V connected in opposition to each other.
  • the evaluation result appears, which normally indicates a detected frequency by outputting a voltage.
  • This voltage is passed through a delay RC element 91, which bridges momentary power interruptions (up to 1/2 second).
  • the measuring cycle is generated via a slow-running ring counter 98.
  • a 10-stage ring counter would make sense. It advances every 9 seconds and switches the connected relay (here only 99-100) for 2 seconds each. With four modules FIG. 2 That would be eight relays plus the two remaining free steps of the ring counter, which could be used to check the operation.
  • fault storage 94 bridges a time of 120 seconds, the fault message would be present for at least this time if a single acquisition or an existing fault would stand still despite the cycle.
  • the operating voltage for the ground fault check is generated by a separate DC-DC converter from the operating voltage of FIG. 2 generated and is grounded.

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Abstract

The system has a central module for feeding and operational mode switching of a double-wire loop. A central feeding and operational mode switching module registers an individual line and loudspeaker fault using a function maintaining and securing module installed at an alarming loudspeaker. The switching module switches to a two-way operation in response to registration for function maintenance. A faulty transmission chain with exception of defective parts functions again within seconds. Ground fault control is present for securing protection against accidental contact.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein aktives Funktionserhaltungs- und Sicherungssystem für Alarmierungs-Lautsprechernetze.The invention relates to an active function maintenance and security system for alarming loudspeaker networks.

Es arbeitet mit Elektronikmodulen in einem seriell aufgebauten Zweidraht-Ringleitungs-Lautsprechernetz. Wenn überhaupt, wurden Ringleitungen für Lautsprechernetze bisher so gebildet, dass man daran die Lautsprecher parallel anschloss. Funktionserhalt war aber damit nicht gegeben. Die überwiegende Mehrzahl von Lautsprechernetzen wird in Sternverkabelung realisiert. An Alarmierungsnetze werden dabei hohe Ansprüche bezüglich Funktionssicherheit gestellt und ein entsprechend erforderlicher Installations-Aufwand betrieben. Oft wird auch Redundanz zweier Installationen verlangt.It works with electronic modules in a serial two-wire loop loudspeaker network. If anything, loops for speaker networks have been formed so that you connected the speakers in parallel. Function maintenance was not given. The vast majority of loudspeaker networks are realized in star cabling. At alarm networks high demands are made in terms of reliability and operate a correspondingly required installation effort. Often, redundancy of two installations is required.

Der Bedarf an der Erfindung ergibt sich unter anderem aus Auszügen aus der Europanorm EN 60849 für elektroakustische Notfallwarnsysteme bezüglich dort gestellter Forderungen:The need for the invention results inter alia from excerpts from the European standard EN 60849 for electro-acoustic emergency warning systems with respect to demands placed there:

Die Verkabelung muss den Normen für Notfall- und/oder Alarmsysteme entsprechen (Punkt 6 in der EN 60849).The wiring must comply with the standards for emergency and / or alarm systems (point 6 in EN 60849).

Stand der Technik:State of the art:

Das wird bisher durch Verlegung von Spezialkabeln mit 30 Minuten passivem Funktionserhalt durch Feuerhemmung bis zu einer bestimmten Temperatur und speziellen getrennten Kabelführungstrassen erreicht. Der bauseitige Aufwand hierfür ist wesentlich höher als bei konventioneller Verkabelung.This has been achieved so far by laying special cables with 30 minutes of passive functional integrity by fire retardation up to a certain temperature and special separate cable routing. The on-site effort for this is much higher than with conventional cabling.

Ein Ausfall eines Lautsprecherstromkreises darf nicht zu einem vollständigen Ausfall der Versorgung des Lautsprecherbereiches führen (Punkt 4.1-g in der EN 60 849).A failure of a loudspeaker circuit must not lead to a complete failure of the supply of the loudspeaker area (point 4.1-g in EN 60 849).

Stand der Technik:State of the art:

Das wird bisher durch Aufteilung der Kreise in einzeln gesicherte und überwachte Brandmeldeabschnitte bei begrenzter Lautsprecheranzahl pro Kabel erreicht, um bei einem Ausfall die nicht erreichbaren Flächen gering zu halten.This is achieved by dividing the circles into individually secured and monitored fire alarm sections with a limited number of speakers per cable, in order to keep the unreachable areas low in the event of a failure.

Es müssen zentral angezeigt werden: Ausfall eines Lautsprecherkreises durch Unterbrechungs- oder Kurzschlussfehler
(Punkt 5.3-j in der EN 60 849).
The following must be displayed centrally: Failure of a loudspeaker circuit due to interruption or short-circuit fault
(Point 5.3-j in EN 60 849).

Die Überwachung sollte den Ausfall ... eines Lautsprecherstromkreises anzeigen.
(Punkt 4.1 in der EN 60 849: Anmerkung 1)
The monitoring should indicate the failure ... of a loudspeaker circuit.
(Point 4.1 in EN 60 849: note 1)

Stand der Technik:State of the art:

Das wird bisher durch den einzelnen Kreisen zugeordnete zentrale Überwachungseinrichtungen erreicht. Diese arbeiten in ihrer Mehrzahl physikalisch bedingt mit Erfassungstoleranzen von 5 bis 30 % und beruhen auf Impedanzmessung (Nachteil: keine Messung während einer Tonübertragung möglich und Fehlauslösungen durch Lärmpegel vor den Lautsprechern) oder Gleichspannungswiderstandsmessung (Nachteil: hohe Erfassungsungenauigkeit bei Netzen mit vielen Lautsprechern).This is so far achieved by the individual circles associated central monitoring devices. These work in their majority for physical reasons with detection tolerances of 5 to 30% and are based on impedance measurement (disadvantage: no measurement during a sound transmission possible and false triggering by noise level in front of the speakers) or DC resistance measurement (disadvantage: high detection inaccuracies in networks with many speakers).

Insbesondere in kleineren Gebäuden ist es nicht unbedingt erforderlich, zwei getrennte Lautsprecherstromkreise in einem Lautsprecherbereich einzurichten. Eine Entscheidung hierüber kann von örtlichen Vorschriften abhängen.
(Punkt 4.1 in der EN 60 849: Anmerkung 2)
Especially in smaller buildings, it is not absolutely necessary to set up two separate loudspeaker circuits in one loudspeaker area. A decision on this may depend on local regulations.
(Point 4.1 in EN 60 849: Note 2)

Stand der Technik:State of the art:

Das Ringleitungsprinzip für einen Funktionserhalt findet bereits seit geraumer Zeit in der Alarmmelder- und Alarmsirenentechnik seine Anwendung.The loop principle for maintaining functionality has been used for quite some time in alarm and alarm siren technology.

Für Zweidraht-100V-Lautsprechernetze gab es aber bisher keine Funktionserhaltlösung nach dem Ringleitungsprinzip. Als Redundanzlösung wird hierfür eine doppelte Leitungsverlegung mit doppelter Lautsprecherausstattung empfohlen und bei zu großem Aufwand in Einzelfällen auf die Redundanz verzichtet.For two-wire 100V speaker networks, however, there has been no function preservation solution according to the principle of the loop principle. As a redundancy solution, double cable routing with double loudspeaker equipment is recommended for this and, in the case of too much effort, the redundancy is omitted in individual cases.

Berührungssicherheit, Isolation, VDE:

  • Lautsprechernetze sind meistens als 100V-Systeme aufgebaut. Laut VDE sind aber 100V-Wechselspannung, auch wenn sie bei Tonübertragung zwischen Null und 100V im Rhythmus der Modulation schwanken, eine Hochspannung und dürfen nur dann als, wie und mit Niederspannungskabel verlegt werden, wenn sie symmetrisch und erdfrei aufgebaut sind. Diese Erdfreiheit muss aber ständig überwacht und das Unterschreiten eines bestimmten Wertes (= höherer Fehlerstrom!) gemeldet und beseitigt werden. Ein automatisches Abschalten des Netzes würde eine höhere Priorität, in diesem Fall die Alarmierungssicherheit unterbinden.
Touch safety, isolation, VDE:
  • Speaker networks are mostly built as 100V systems. According to VDE, however, 100V AC, even if they fluctuate with sound transmission between zero and 100V in the rhythm of the modulation, a high voltage and may only be laid as, as and with low-voltage cable, if they are symmetrical and floating. However, this ground clearance must be constantly monitored and the falling below a certain value (= higher fault current!) Reported and eliminated. An automatic shutdown of the network would prevent a higher priority, in this case the alarming security.

In der Offenlegungsschrift DE 33 47 609 A1 wird ein Kommunikations- und Überwachungssystem für Verkehrstechnik vorgeschlagen, bei dem eine Ringleitung ein Steuergerät mit Nebenstellen verbindet. Die Nebenstellen enthalten Verstärker zum Verstärken der in der Ringleitung umlaufenden Signale. Die Nebenstellen können Überwachungssignale auf die Ringleitung aufprägen, beispielsweise um eine Störung an das Steuergerät zu melden. Tritt in einem Leitungsabschnitt der Ringleitung eine Störung auf, dann bleibt der unidirektionale Signalfluss bis zur letzten Nebenstelle vor dem gestörten Leitungsabschnitt erhalten. Die Nebenstellen hinter dem gestörten Leitungsabschnitt senden in der vorgegebenen unidirektionalen Richtung Störungsmeldungen an das Steuergerät. Da das Steuergerät nur in der vorgegebenen Richtung Signale über die Ringleitung an die Nebenstellen übertragen kann, erhalten die hinter dem gestörten Leitungsabschnitt angeordneten Nebenstellen keine Signale vom Steuergerät.In the Laid-open specification DE 33 47 609 A1 a communication and monitoring system for traffic engineering is proposed in which a loop connects a control unit with extensions. The extensions contain amplifiers for amplifying the signals circulating in the loop. The extensions can imprint monitoring signals on the loop, for example, to report a fault to the control unit. If a fault occurs in a line section of the loop, then the unidirectional signal flow remains obtained until the last extension before the faulty line section. The branches behind the faulty line section send fault messages to the control unit in the specified unidirectional direction. Since the control unit can transmit signals via the loop to the branches only in the predetermined direction, the extensions located behind the faulty line section receive no signals from the control unit.

Um bei Auftreten einer Störung auch die Nebenstellen hinter dem gestörten Leitungsabschnitt mit Signalen versorgen zu können, ist eine zweite Ringleitung vorgesehen, deren Signalflussrichtung entgegengesetzt zur ersten Ringleitung verläuft. Damit können Nebenstellen vor dem ersten gestörten Leitungsabschnitt als auch hinter dem letzten gestörten Leitungsabschnitt mit Signalen versorgt werden. Um übermäßige Leitungslängen zu vermeiden, kann der Übertragungsweg zwischen der letzten Nebenstelle und dem Steuergerät durch Ringschleifen ersetzt werden.In order to be able to supply the extensions behind the disturbed line section with signals when a fault occurs, a second ring line is provided, the signal flow direction is opposite to the first ring line. In this way, extensions can be supplied with signals before the first faulty line section as well as behind the last faulty line section. To avoid excessive line lengths, the transmission path between the last extension and the controller can be replaced by looping.

Ziel der Erfindung ist es, durch ihren Einsatz sowohl den bisher erforderlichen Installationsaufwand wesentlich zu verringern und vereinfachen, als auch einen zeitlich unbeschränkten und von der Brandtemperatur und dem verwendeten Installationsmaterial unabhängigen Funktionserhalt der Alarmierung sicherzustellen.The aim of the invention is to significantly reduce and simplify their use both the previously required installation effort, as well as to ensure a timely unrestricted and independent of the fire temperature and the installation material used functional integrity of the alarm.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung wird in ihren abhängigen Ansprüchen weitergebildet.This object is achieved with the features of claim 1. The invention is further developed in its dependent claims.

Alle nachstehend angegebenen Beispiele, die nicht vom Umfang der in den beiliegenden Ansprüchen definierten Erfindung sowie der dazu nötigen Konfiguration laut Figur 1 erfasst werden, sind nicht als Ausführungsformen oder -beispiele der Erfindung anzusehen.All examples given below, not falling within the scope of the invention as defined in the appended claims as well as the necessary configuration loud FIG. 1 are not to be regarded as embodiments or examples of the invention.

Dazu erforderlich ist bei Anwendung der Erfindung für das Kabelnetz lediglich die Bildung einer Ringleitung mit örtlich verschiedenem Hin- und Rückweg des 2-adrigen Kabels, eine dafür geeignete Schnittstelle in der Zentraleinrichtung und pro Alarmierungslautsprecher ein intellegentes Funktionserhalt-Sicherungsmodul, das die Ringleitung durch serielle Einfügung in trennbare Abschnitte unterteilt.Required when using the invention for the cable network only the formation of a ring line with locally different round-trip of the 2-wire cable, a a suitable interface in the central device and per alerting loudspeaker an intelligent function maintenance security module which divides the loop by serial insertion into separable sections.

Dafür braucht bei der Installation kein Funktionserhalt-Spezialkabel und keine Spezial-Kabelführungstrasse verwendet werden. Die Aufteilung in einzeln beschallte Brandmeldeabschnitte und eine Begrenzung der Lautsprecheranzahl kann entfallen.For this, no special functional cable and special cable routing system need be used during the installation. The division into individually sonicated fire alarm sections and a limitation of the number of speakers can be omitted.

Bei Gebäude-Sanierungsarbeiten kann ein vorhandenes Kabelnetz weiterverwendet werden, wenn man einen Ringleitungsaufbau nachträglich realisiert.In building renovation work, an existing cable network can continue to be used, if you realize a loop construction later.

Die toleranzbehafteten Lautsprecherkreisüberwachungen in der Zentraleinrichtung können entfallen. Bei Anwendung der Erfindung wird jeder Fehler registriert und zugleich darauf reagiert.The tolerance-sensitive loudspeaker circuit monitoring in the central device can be omitted. When using the invention, each error is registered and reacted to it at the same time.

Dabei wird bei Ausfall durch Kurzschluss der betroffene Lautsprecher oder Kabelabschnitt gegenüber den nicht betroffenen Anlagenteilen isoliert und wie bei einem Ausfall durch Unterbrechung eine Zweiwege-Versorgung des gestörten Netzes aufgebaut sowie zentral eine Störung registriert. Innerhalb weniger Sekunden arbeitet das gestörte Alarmierungs-Lautsprechernetz automatisch mit Ausnahme des defekten Teiles wieder.In the event of a short-circuit failure, the affected loudspeaker or cable section is isolated from the unaffected parts of the system and a two-way supply of the faulty network is established, as in the case of a failure due to interruption, and a fault is registered centrally. Within a few seconds, the malfunctioning alarming loudspeaker network automatically re-operates with the exception of the defective part.

Zur Überwachung der Erdfreiheit gibt es bereits zahlreiche Schaltungsmöglichkeiten.To monitor the freedom from earth, there are already numerous circuit options.

Wenn allerdings auf der Lautsprecherleitung neben maximal 100V-Tonfrequenz auch eine nennenswerte Gleichspannung befördert wird wie in diesem Zweidraht- Ringleitungssystem, versagen alle bekannten vorwiegend auf Gleichstromwiderstandsmessung ausgerichteten Verfahren wegen der Beeinflussbarkeit durch Fremdspannungen. Deshalb beruht das für diesen Anwendungsfall entwickelte Verfahren auf einer kontinuierlichen Eigenfrequenz-Identifizierung einer speziellen PLL-Schaltung, die neben einer Selbstüberwachung eine hohe Störsicherheit aufweist und tatsächlich nicht durch mögliche Spannungen, sondern nur durch einen Gleich- oder äquivalenten Wechselstromwiderstand beeinflussbar ist. Durch Kabelbeschädigung an Metallkonstruktionen ohne Kabelunterbrechung oder -Kurzschluss kann eine so grosse Adernkapazität gegen Erde entstanden sein, dass diese einen hohen Fehlerstrom bei 100V-Tonfrequenz im Berührungsfall ermöglichen würde. Daher auch die Einbeziehung von Wechselstromwiderständen in die Überwachung für das Gesamtkonzept der Erfindung.If, however, on the speaker line in addition to a maximum of 100V audio frequency and a significant DC voltage is conveyed as in this two-wire loop system, all known known primarily on DC resistance measurement methods fail because of the influence of external voltages. Therefore, the method developed for this application is based on a continuous natural frequency identification of a special PLL circuit which, in addition to self-monitoring, has high interference immunity and can actually be influenced not by possible voltages but only by a DC or equivalent AC resistance. By cable damage to metal structures without cable interruption or short circuit such a large cores capacity may have arisen against earth, that this would allow a high fault current at 100V audio frequency in case of contact. Therefore, the inclusion of AC resistors in the monitoring for the overall concept of the invention.

Die Erfindung wird anhand von vier Zeichnungen FIG 1 bis FIG 4 näher beschrieben.The invention will be apparent from four drawings FIG. 1 to FIG. 4 described in more detail.

FIG 1 zeigt den Prinzipaufbau für das Alarmierungs-Lautsprechernetz mit aktivem Funktionserhaltungssystem auf Zweidraht-Ringleitungsbasis. FIG. 1 shows the basic structure for the alarming loudspeaker network with active functional maintenance system on a two-wire loop basis.

Es wird eine Betriebsspannung (beispielsweise 24V) an 1-2, der Verstärkerausgang mit potentialfreiem Ausgangsübertrager an 3-4 und die Hinleitung 5-6 und die Rückleitung 7-8 am Einspeise- und Betriebsart-Umschaltmodul FIG 2 angeschlossen. Die erforderlichen Funktionserhalt- und Sicherungsmodule FIG 3 sind in Reihe geschaltet und haben jeweils einen Lautsprecherausgang 55-56 zum Anschluss des Lautsprechers. In der Praxis kann das Modul FIG 3 jeweils im Lautsprechergehäuse oder einer getrennten Installations-Anschlussdose im Lautsprecherraum untergebracht sein. Das letzte Modul FIG 3 wird auf anderer, räumlich nicht gleicher Streckenführung wieder zum Einspeise- und Betriebsart-Umschaltmodul FIG 2 zurückgeführt. In diesem zentralen Modul ist auch zur Störmeldungsweiterleitung eine Elektronik mit Störmeldekontaktausgängen 34 eingebaut.An operating voltage (for example 24V) is applied to 1-2, the amplifier output with potential-free output transformer to 3-4 and the forward line 5-6 and the return line 7-8 to the infeed and mode switching module FIG. 2 connected. The required function maintenance and security modules FIG. 3 are connected in series and each have a speaker output 55-56 to connect the speaker. In practice, the module FIG. 3 each housed in the speaker cabinet or a separate installation junction box in the speaker room. The last module FIG. 3 becomes on another, spatially not the same route back to the feed and mode switching module FIG. 2 recycled. In this central module, electronics with fault alarm contact outputs 34 are also installed for error message forwarding.

FIG 2 zeigt das Prinzip der zentralen Schnittstelle als Einspeise- und Betriebsart-Umschaltmodul für Ringleitungs-Alarmierungs-Lautsprechernetze. FIG. 2 shows the principle of the central interface as a feed and mode switching module for loop alarming loudspeaker networks.

Grundbedingung Anschlüsse:Basic condition connections:

An 1-2 liegt die Betriebsspannung (meist 24V). An 3-4 befindet sich der Verstärkerausgang (meist 100V). An 5-6 ist die Hinleitung und an 7-8 die Rückleitung der Lautsprecherschleife angeschlossen. Es existieren noch diverse Anschlüsse für die Störmelde-Ausgabe und ein Reseteingang zur Rücksetzung vorschriftsmässig eingerasteter, abgespeicherter Störmeldungen.At 1-2 is the operating voltage (usually 24V). At 3-4 is the amplifier output (usually 100V). At 5-6 the outgoing line and at 7-8 the return line of the loudspeaker loop is connected. There are still various connections for the fault message output and a reset input for resetting correctly latched, stored fault messages.

Die Funktion wird anhand einiger möglicher Betriebszustände erläutert.The function is explained on the basis of some possible operating states.

Betriebszustand einmalige Inbetriebnahme des Moduls:Operating state One-time commissioning of the module:

Die Betriebsspannung wird angelegt. Die Gleichspannungswandler 9 und 10 erzeugen je eine 24V-Ausgangsspannung. Die Relais 11 und 12 ziehen an und schalten mit ihren Kontakten um. Damit liegt jeder Wandler auf seinem normalen Arbeitsplatz. Über die Dioden 15 und 16 werden die beiden Spannungsausgänge zu einer Betriebsspannung für die potentialfrei arbeitenden Steuerfunktionen der Elektroniken 17 und 18 zusammengeführt. Über die umgeschalteten Kontakte 11 und 12 und die 5W-Widerstände (22 Ohm) 19 und 20 werden die beiden Elektrolyt-Kondensatoren (10 000 uF) 21 und 22 zur Vermeidung eines Wandler-Einschaltkurzschlusses vorgeladen. Parallel dazu ziehen über die Steuerelektroniken 17 und 18 die Relais 25 und 26 an, damit bei den externen Baugruppen die Schleifenspannung von 5-6 nicht schleichend ankommt und in der Störmeldeelektronik 34 wird das Resetrelais 33 gesetzt. Relais 30 kann also nicht anziehen, obwohl Optokopplerrelais 29 wegen noch fehlender Spannungsrückmeldung über 7-8 nicht anziehen konnte und daher Kontakt 29 geschlossen ist.The operating voltage is applied. The DC-DC converters 9 and 10 each generate a 24V output voltage. Relays 11 and 12 energize and switch over with their contacts. This puts each converter on its normal workstation. Via the diodes 15 and 16, the two voltage outputs are combined to form an operating voltage for the floating control functions of the electronics 17 and 18. About the switched contacts 11 and 12 and the 5W resistors (22 ohms) 19 and 20 are the two Electrolytic capacitors (10,000 uF) 21 and 22 pre-charged to avoid a transformer short-circuit. In parallel pull on the control electronics 17 and 18, the relays 25 and 26, so that in the external modules, the loop voltage of 5-6 does not arrive creeping and in the fault message 34, the reset relay 33 is set. Thus, relay 30 can not be energized, although opto-coupler relay 29 could not attract across 7-8 due to lack of voltage feedback, and contact 29 is therefore closed.

Nach etwa 5 Sekunden ziehen über die Steuerelektroniken 17 und 18 die Relais 23 und 24 und überbrücken die Widerstände 19 und 20, da nun die Kondensatoren 21 und 22 vorgeladen sind. Gleichzeitig fallen nun die Relais 25 und 26 wieder ab. Die volle Spannung von Wandler 9 ist somit über den geschlossenen Kontakt am Hinleitungsausgang 5-6 vorhanden und die Ringleitung wird gespeist. Damit baut sich bei fehlerfreier Schleife die Durchschaltung der externen Lautsprechermoduln auf und muss irgendwann am Rückleitungseingang 7-8 wieder ankommen. Nach etwa 60 Sekunden (variabel)schaltet die Störmeldelogik Resetrelais 30 ab und wenige Sekunden später die Störmeldebereitschaft ein. Damit würde zunächst die Zweiwegfunktion bei Bedarf ermöglicht und anschliessend ab diesem Zeitpunkt etwaige Fehler als Meldung ausgegeben.After about 5 seconds, the control electronics 17 and 18 pull the relays 23 and 24 and bridge the resistors 19 and 20, since now the capacitors 21 and 22 are pre-charged. At the same time, the relays 25 and 26 drop off again. The full voltage of converter 9 is thus present across the closed contact at the forward output 5-6 and the loop is energized. This builds up the error-free loop through the external speaker modules and must eventually arrive at the return line input 7-8 again. After about 60 seconds (variable), the fault signaling logic 30 switches off, and a few seconds later the fault message readiness switches on. This would initially allow the two-way function as needed and then issued from this point any errors as a message.

Parallel zu diesen Gleichspannungsfunktionen könnte währenddessen die Tonübertragung vom Verstärkerausgang 3-4 über den Kondensator 21, Kontakt 24 und 25 auf den Hinleitungsausgang 5-6 auf die Ringleitung und somit auf die Lautsprecher gelangen.In the meantime, in parallel to these DC voltage functions, the sound transmission from the amplifier output 3-4 via the capacitor 21, contact 24 and 25 to the forward output 5-6 could reach the ring line and thus the loudspeakers.

Mit dem Kondensator 21 wird zugleich eine Toneinspeisung in den Wandler 9 verhindert, da 21 für Wechselspannung fast Null Ohm aufweist. Am Rückleitungseingang befindet sich parallel zum Optokopplerrelais 29 der Elektrolytkondensator 35, der über den Vorwiderstand 31 (6,8 kohm) ebenfalls die Wechselspannung für 29 eliminiert und somit nur Gleichspannung das Optokopplerrelais 29 schalten kann.With the capacitor 21 at the same time a Toneinpeisung is prevented in the converter 9, since 21 for AC voltage has almost zero ohms. At the return line entrance is parallel to the optocoupler relay 29 of the electrolytic capacitor 35, which also eliminates the AC voltage for 29 via the series resistor 31 (6.8 kohm) and thus only DC voltage can switch the optocoupler relay 29.

In der Inbetriebnahmephase des Moduls laufen die Startfunktionen bei Wandler 9 und 10 parallel ab, nur dass sich Wandler 10 in Reservestellung befindet und nicht an 7-8 ausgegeben wird, da Relais 30 nicht umgeschaltet hat.In the commissioning phase of the module, the start functions in converter 9 and 10 run in parallel, except that converter 10 is in the standby position and is not output at 7-8 because relay 30 has not switched.

Betriebs-Normalzustand:Operation Normal state:

Am Hinleitungsausgang 5-6 stehen sowohl die Schleifenversorgungsspannung 24V als auch die 100V-Tonfrequenzspannung zur Verfügung. Die Rückleitung 7-8 ist als Eingang zu Optokopplerrelais 29 geschaltet, das angezogen hat.At the forwarding output 5-6, both the loop supply voltage 24V and the 100V audio frequency voltage are available. The return line 7-8 is connected as input to optocoupler relay 29, which has attracted.

Betriebszustand Leitungsunterbrechung:Operating state line interruption:

An Rückleitungseingang 7-8 kommt keine Spannung mehr an. Somit erhält 29 keine Spannung mehr und Kontakt 29 schliesst. Damit zieht Relais 30 und schaltet den Rückleitungsausgang 7-8 mit seinen Kontakten 30 als Zweitwegausgang um über die Kontakte 26-24-12 auf den Wandler 10 und über den Kondensator 22 auf den Verstärkerausgang 3-4. Somit wird die Ringleitung von beiden Enden her gespeist und eine vorhandene Unterbrechung damit ausgeglichen.There is no voltage at return input 7-8. Thus, 29 no longer receives tension and contact 29 closes. This pulls relay 30 and switches the return line output 7-8 with its contacts 30 as Zweitwegausgang over the contacts 26-24-12 on the converter 10 and the capacitor 22 to the amplifier output 3-4. Thus, the loop is fed from both ends and an existing break is compensated.

Über 34 wird eine Störung weitergemeldet.An error is reported via 34.

Betriebszustand Leitungsunterbrechung zwischen Verstärker und Anschluss 3-4:Operating state Line interruption between amplifier and connection 3-4:

Da sich der Verstärker-Ausgangsübertrager in Reihe mit den Wandler-Minus befindet, kommt eine Leitungsunterbrechungs-Störung mit Weitermeldung zustande. Natürlich ist in diesem Fall keine Tonübertragung mehr möglich.Since the repeater output transformer is in series with the converter minus, a line interruption fault with over-reporting occurs. Of course, no sound transmission is possible in this case.

Betriebszustand Kurzschluss irgendwo auf der Leitung:Operating state Short circuit somewhere on the line:

Die extern befindlichen Lautsprechermodule reagieren und schalten durch Abtrennen des kurzgeschlossenen Abschnitts eine Leitungsunterbrechung herbei. Sonstiges Verhalten des zentralen Moduls wie bei einer normalen Unterbrechung.The external loudspeaker modules react and switch off the short-circuited section by disconnecting the line. Miscellaneous Behavior of the central module as in a normal interruption.

Betriebszustand Kurzschluss unmittelbar vor dem zentralen Modul auf der Hinleitung 5-6:Operating state Short circuit immediately before the central module on the outgoing line 5-6:

An Rückleitungseingang 7-8 kommt keine Spannung mehr an. Somit erhält 29 keine Spannung mehr und Kontakt 29 schliesst. Damit zieht Relais 30 und schaltet den Rückleitungsausgang 7-8 mit seinen Kontakten 30 als Zweitwegausgang um über die Kontakte 26-24-12 auf den Wandler 10 und über den Kondensator 22 auf den Verstärkerausgang 3-4. Somit wird die Ringleitung von beiden Enden her gespeist.There is no voltage at return input 7-8. Thus, 29 no longer receives tension and contact 29 closes. This pulls relay 30 and switches the return line output 7-8 with its contacts 30 as Zweitwegausgang over the contacts 26-24-12 on the converter 10 and the capacitor 22 to the amplifier output 3-4. Thus, the loop is fed from both ends.

Während dieser kurzen Umschaltphase hatten die externen Lautsprechermodule die Ringleitung kurz aufgetrennt und sich dann wieder die Schleife aufgebaut. Lediglich das erste Modul vor dem Kurzschluss trennt die Schleife noch vom Kurzschluss.During this short switching phase, the external loudspeaker modules briefly disconnected the loop and then rebuilt the loop. Only the first module before the short circuit separates the loop from the short circuit.

Gleichzeitig mit der Umschaltphase auf Zweiwegeversorgung registriert die Elektronik 17 einen Spannungseinbruch durch den Kurzschluss an der Hinleitung 5-6 und schaltet sofort Relais 25. Damit öffnet Kontakt 25 und die Spannung des Wandlers 9 ist durch den Widerstand 31 (4,7 kohm / 5W) vor dem Kurzschluss an Ausgang 5-6 geschützt. Ebenso wird gleichzeitig der Verstärkerausgang durch den Widerstand 31 vor dem Kurzschluss an 5-6 geschützt. Die Elektronik 17 schaltet das Relais 25 erst wieder ab, wenn sie über den Widerstand 31 wieder eine Spannung erhält, also nach Beseitigung des Kurzschlusses. Das Modul verbleibt dabei im Zweiwegezustand, bis mit Ansteuerung von Reset 33 nach Kurzschlussbeseitigung das Relais 30 wieder abfällt.Simultaneously with the switching phase to two-way supply, the electronics 17 registers a voltage dip by the short circuit on the outgoing line 5-6 and immediately switches relay 25. This opens contact 25 and the voltage of the converter 9 is through the resistor 31 (4.7 kohm / 5W) protected against short circuit at output 5-6. Likewise, at the same time the amplifier output is protected by the resistor 31 from shorting to 5-6. The electronics 17 only switches the relay 25 off again when it receives a voltage again via the resistor 31, that is to say after the short circuit has been eliminated. The module remains in the two-way state until the relay 30 drops again when the reset 33 is triggered after short-circuit removal.

Betriebszustand Kurzschluss unmittelbar vor dem zentralen Modul auf der Rückleitung 7-8:Operating state Short circuit immediately before the central module on the return line 7-8:

An Rückleitungseingang 7-8 kommt keine Spannung mehr an. Somit erhält 29 keine Spannung mehr und Kontakt 29 schliesst. Damit zieht Relais 30 und schaltet den Rückleitungsausgang 7-8 mit seinen Kontakten 30 als Zweitwegausgang um über die Kontakte 26-24-12 auf den Wandler 10 und über den Kondensator 22 auf den Verstärkerausgang 3-4.There is no voltage at return input 7-8. Thus, 29 no longer receives tension and contact 29 closes. This pulls relay 30 and switches the return line output 7-8 with its contacts 30 as Zweitwegausgang over the contacts 26-24-12 on the converter 10 and the capacitor 22 to the amplifier output 3-4.

Während dieser kurzen Umschaltphase hatten die externen Lautsprechermodule die Ringleitung kurz aufgetrennt und sich dann wieder die Schleife aufgebaut. Lediglich das letzte Modul vor dem Kurzschluss trennt die Schleife noch vom Kurzschluss.During this short switching phase, the external loudspeaker modules briefly disconnected the loop and then rebuilt the loop. Only the last module before the short circuit separates the loop from the short circuit.

Gleichzeitig mit der Umschaltphase auf Zweiwegeversorgung registriert die Elektronik 18 einen Spannungseinbruch durch den Kurzschluss an der Rückleitung 7-8 und schaltet sofort Relais 26. Damit öffnet Kontakt 26 und die Spannung des Wandlers 10 ist durch den Widerstand 32 (4,7 kohm / 5W) vor dem Kurzschluss an Ausgang 7-8 geschützt.Simultaneously with the switching phase to two-way supply, the electronics 18 registers a voltage dip through the short circuit at the return line 7-8 and immediately switches relay 26. This opens contact 26 and the voltage of the converter 10 is through the resistor 32 (4.7 kohm / 5W) protected against short circuit at output 7-8.

Ebenso wird gleichzeitig der Verstärkerausgang durch den Widerstand 32 vor dem Kurzschluss an 7-8 geschützt. Die Elektronik 18 schaltet das Relais 26 erst wieder ab, wenn sie über den Widerstand 32 wieder eine Spannung erhält, also nach Beseitigung des Kurzschlusses. Das Modul verbleibt dabei im Zweiwegezustand, bis mit Ansteuerung von Reset 33 nach Kurzschlussbeseitigung das Relais 30 wieder abfällt.Likewise, at the same time, the amplifier output is protected by resistor 32 from shorting at 7-8. The electronics 18 switches off the relay 26 again only when it receives a voltage again via the resistor 32, ie after Elimination of the short circuit. The module remains in the two-way state until the relay 30 drops again when the reset 33 is triggered after short-circuit removal.

Betriebszustand Gleichspannungswandlerausfall:Operating state DC-DC converter failure:

Die Wandler sind dauerkurzschlussfest und entsprechend der zu erwartenden Stromentnahme (bis zu 1A, abhängig von der externen Lautsprechermodul-Anzahl) grosszügig ausgelegt. Vor Einspeisung der Verstärker-Ausgangsspannung (bis zu 100V - Tonfrequenzwechselspannung) schützen die beiden Wandler 9-10 die Kondensatoren 21 und 22. Über die Dioden 15 - 16 wird eine dauerhafte Betriebsspannung für die im potentialfreien Bereich arbeitende Elektronik geschaffen. Parallel zum Wandler 9 liegt das Relais 11 und parallel zu Wandler 10 das Relais 12. Ist eine Wandlerspannung vorhanden, so ziehen diese Relais und die Ausgangsspannung von Wandler 9 wird über den Kontakt 11 an Hinleitungsausgang geschaltet, die von Wandler 10 über den Kontakt 12 für den Zweitkanal zur Verfügung gestellt. Fällt einer der beiden Wandler aus, so fällt dessen Relais (11 oder 12) ab und schaltet den jeweiligen Kanal mit Hilfe der Kontakte (11 oder 12) auf den noch funktionierenden Wandler auf.The converters are permanently short-circuit proof and generously designed according to the expected current drain (up to 1A, depending on the number of external speaker modules). Before feeding the amplifier output voltage (up to 100V - audio frequency AC voltage) protect the two transducers 9-10, the capacitors 21 and 22. About the diodes 15-16, a permanent operating voltage for working in the potential-free electronics is created. Parallel to the converter 9 is the relay 11 and parallel to the converter 10, the relay 12. If a transducer voltage is present, then pull these relays and the output voltage of converter 9 is connected via the contact 11 to Hinleitungsausgang from converter 10 via the contact 12 for provided the second channel. If one of the two transformers fails, its relay (11 or 12) drops out and switches the respective channel to the still functioning converter with the aid of the contacts (11 or 12).

Auf dem Modul befindet sich noch eine Störungserfassung 34 mit weitermeldenden Störmeldeausgängen wie in den gängigen Vorschriften gefordert.On the module is still a fault detection 34 with reporting disturbance signal outputs as required in the current regulations.

FIG 3 zeigt das Prinzip des Funktionserhalt-Sicherungsmoduls, das sich in der Praxis beim jeweiligen Alarmierungslautsprecher befindet und die Zweidraht-Ringleitung in serielle Abschnitte unterteilt, die entweder durchgeschaltet oder gesperrt werden. FIG. 3 shows the principle of the function preservation backup module, which is in practice at the respective alarm loudspeaker and divided the two-wire loop into serial sections, which are either turned on or locked.

Die Funktion wird nachfolgend anhand einzelner Betriebszustände erläutert.The function is explained below on the basis of individual operating states.

Schleifenaufbauphase bis zum Normalbetrieb:Loop building phase to normal operation:

Am Hinleitungseingang 51-52 kommen 24V an. Über den Lautsprecher an 55-56 gelangt die Spannung über die Sicherung 57, die Drossel 58, die Diode 59 an den Kondensator 60 (220uF) und baut sich langsam auf. Gleichzeitig gelangt die Spannung über den Widerstand 61 (5 W-4,7 kOhm) an den Rückleitungsausgang 53-54. Von 53 über die Drossel 62, die Diode 63 ebenfalls an den Kondensator 60.At the forwarding input 51-52 come 24V. Through the speaker at 55-56, the voltage across the fuse 57, the choke 58, the diode 59 to the capacitor 60 (220uF) and builds up slowly. At the same time the voltage across the resistor 61 (5 W-4.7 kOhm) arrives at the return line output 53-54. From 53 via the throttle 62, the diode 63 also to the capacitor 60th

Drossel 58 sperrt in Verbindung mit Kondensator 64 (220uF) eine bei Übertragung an 51-52 zusätzlich ankommende Tonwechselspannung 100V aus, ebenso wie Drossel 62 und Kondensator 65 (220uF) dies bewerkstelligen. Die den Kondensatoren 64 und 65 parallelgeschalteten Dioden 66 und 67 dienen als Polungsschutz für diese Kondensatoren. Da die in Serie liegenden Bauteile relativ hochohmig sind (Drosseln etwa 300 Ohm, 100 V-Lautsprecher 50...500 Ohm) baut sich die interne Betriebsspannung 68 langsam (in etwa 1 Sekunde) auf, bis sie ihre volle Höhe erreicht hat. Daher ist eine Schwellwertschaltung 69 an die Betriebsspannung angeschlossen, die erst bei Erreichen einer für das 24V-Relais 70 mit Sicherheit zum Anzug ausreichenden Spannung von über 20V ihren Ausgang 71 durchschaltet. Vorher müssen aber noch am NAND-Glied 72 eine Spannung von mindestens 5V an den Eingängen 73 und 74 vorhanden sein, bevor mit Eintreffen der Spannung 71 das NAND-Glied 72 das Relais 70 anziehen lassen kann.Throttle 58, in conjunction with capacitor 64 (220uF), cuts off an additional 100V AC incoming voltage on transmission 51-52, as well as choke 62 and capacitor 65 (220uF). The diodes 66 and 67 connected in parallel to the capacitors 64 and 65 serve as polarity protection for these capacitors. Since the series components are relatively high impedance (chokes about 300 ohms, 100V speakers 50 ... 500 ohms), the internal operating voltage 68 builds up slowly (in about 1 second) until it reaches its full height. Therefore, a threshold circuit 69 is connected to the operating voltage, which only turns on its output 71 when it reaches a voltage sufficient for the 24V relay 70 with sufficient certainty of over 20V. Before, however, a voltage of at least 5V must still be present at the inputs 73 and 74 at the NAND gate 72, before the arrival of the voltage 71 can cause the NAND element 72 to attract the relay 70.

Dabei sinkt die Betriebsspannung 68 durch die Last vom Relais 70 auf eine für das Relais sichere Haltespannung von etwa 12V ab. Der Schwellwertschalter 69 ist so konzipiert, dass er bei über 20V einschaltet und dann sich selbst hält, bis er über einen weiteren Eingang 73 vom NAND-Glied 72 dann rückgesetzt wird, wenn eine der Spannungen 73 oder 74 nach dem Relaisanzug nicht mehr vorhanden wäre.The operating voltage 68 drops due to the load from the relay 70 to a safe for the relay holding voltage of about 12V. The threshold switch 69 is designed to be at turns on over 20V and then holds itself until it is reset by another input 73 from the NAND gate 72 when one of the voltages 73 or 74 after the relay suit was no longer present.

Im Betriebszustand zieht nun das Relais und verbleibt angezogen. Dabei schalten die beiden Kontakte 75 und 76 um. Mit 75 wird der Lautsprecher 55-56 über die Sicherung 57 und den bipolaren Elektrolytkondensator 77 (10 uF) an 52-54 geschaltet und erhält somit die Tonfrequenzspannung von 51-52. Kontakt 76 überbrückt den Widerstand 61 und schaltet die Schleife durch Verbinden von 51 und 53 durch (zum nächsten Modul oder als Rückleitung). Nun ist Normalbetrieb ein.In operation, the relay now pulls and remains energized. The two contacts 75 and 76 switch over. At 75, the speaker 55-56 is switched to 52-54 via the fuse 57 and the bipolar electrolytic capacitor 77 (10 μF), thus obtaining the audio frequency voltage of 51-52. Contact 76 bypasses resistor 61 and turns the loop on by connecting 51 and 53 (to the next module or as return). Now normal operation is on.

Schleifenunterbrechung:Loop interruption:

Die Schleifenunterbrechung bewirkt keine Änderung gegenüber dem normalen Betriebszustand an diesem Modul. Sie wird nur im zentralen Modul registriert, da dort am Rückleitungseingang nichts mehr ankommt.The loop break causes no change from the normal operating state on this module. It is only registered in the central module, as there at the return line input nothing arrives.

Schleifenkurzschluss:Loop Short circuit:

Wird entweder 51-52 oder 53-54 kurzgeschlossen, so wird zunächst die Betriebsspannung für alle Module kurz einbrechen. Da nun alle Relais 70 abfallen, wird sich die Schleife anschliessend sofort wieder aufbauen und lediglich die maximal beiden unmittelbar vor und nach dem Kurzschluss befindlichen Module würden ihr Relais 70 nicht mehr durchschalten, da das NAND-Glied auf einem der beiden Eingänge 73-74 keine Spannung erhält und somit die Durchschaltbedingung fehlt.If either 51-52 or 53-54 is short-circuited, the operating voltage for all modules will first break down briefly. Since now all relays 70 fall off, the loop will then rebuild immediately and only the maximum two immediately before and after the short circuit modules would not turn their relay 70 through, since the NAND gate on one of the two inputs 73-74 no Voltage is received and thus the switching condition is missing.

Der Lautsprecher 55-56 liegt über 57 und 77 über die geschlossenen Kontakte 75-76 parallel zu 61 in Reihe zwischen 51 und 53. Dabei ist egal ob der Kurzschluss an 51-52 oder 53-54 stattfindet. Für das Zentralmodul ist die Schleife unterbrochen.The speaker 55-56 is above 57 and 77 via the closed contacts 75-76 parallel to 61 in series between 51 and 53. It does not matter if the short circuit takes place at 51-52 or 53-54. The loop is interrupted for the central module.

Lautsprecherunterbrechung:Speaker interruption:

Ist zwischen 55-56 eine Unterbrechung, fehlt die Spannung 73 und damit eine Durchschaltbedingung. Für das Zentralmodul ist die Schleife unterbrochen.If there is an interruption between 55-56, the voltage 73 is missing and thus a turn-on condition. The loop is interrupted for the central module.

Lautsprecherkurzschluss:Speaker short circuit:

Sind 55-56 kurzgeschlossen, so wird durch die Tonfrequenz 100V die Sicherung 57 ausgelöst (Weg von 51 über 55-56, Kondensator 77, Kontakt 75 bis 52). Dabei wird dann mit Sicherungsdurchschmelzen wieder eine Lautsprecherunterbrechung erzeugt.If 55-56 are short-circuited, then the fuse 57 is triggered by the audio frequency 100V (distance from 51 via 55-56, capacitor 77, contact 75 to 52). In this case, then a fuse break is generated again with fuse melting.

FIG 4 zeigt die Erdschlussüberwachung für das zentrale Einspeise- und Betriebsart-Umschaltmodul nach FIG 2. Die Überwachung darf Erdschlusswiderstände nicht durch Gleichspannung ermitteln, da wegen der auf der Ringleitung befindlichen und potentialfreien 24V-Gleichspannung von keinem festen Potentialbezug ausgegangen werden kann. Gegen Frequenzen im 100V-Tonübertragungsbereich muss die Schaltung ebenfalls immun sein, damit keine Fehlauslösungen erfolgen können. Höhere Messfrequenzen könnten Störstrahlungen aussenden oder von der unhörbaren Pilottonfrequenz (20 bis 25 kHz)der überwachten 100V-Verstärker beeinflusst werden, da gegen Erde unsymmetrisch gemessen wird. Es bleiben nur Messfrequenzen 1 bis 10 Hz, die weit unter dem Hörbereich liegen. In diesem Bereich erfordern Messungen aber meist einen längeren Zeitabschnitt zur sicheren Auswertung. Die Lautsprecheradern werden aber aus mehreren Gründen nur kurz zur Messung abgetastet. FIG. 4 shows the earth fault monitoring for the central feed and mode switching module FIG. 2 , The monitoring may not detect ground fault resistors by DC voltage, since no fixed potential reference can be assumed due to the potential-free 24 V DC voltage on the loop and potential-free. For frequencies in the 100V audio transmission range, the circuit must also be immune, so that no false triggering can take place. Higher measuring frequencies could emit interfering radiation or be influenced by the inaudible pilot tone frequency (20 to 25 kHz) of the monitored 100V amplifiers, because unbalance is measured against earth. There are only measurement frequencies 1 to 10 Hz, which are far below the listening range. But measurements usually require one in this area longer period of time for safe evaluation. However, the speaker wires are sampled only briefly for measurement for several reasons.

Lösung: Eine PLL-Schaltung besteht aus einem Generator, dessen Frequenz gleich der Auswertefrequenz seiner Detektorschaltung ist. Führt man nun die Generatorfrequenz über eine definiert einstellbare Pegelschwellenschaltung wieder dem Detektoreingang zu, so erkennt die PLL-Schaltung seine eigene Frequenz und schaltet seinen Auswerteausgang durch. Sinkt der Pegel des Detektoreingangs unter seine Ansprechschwelle, so reagiert der Auswerteeingang sofort auf eine Unterbrechung. Dies geschieht wesentlich schneller, als wenn die PLL eine angebotene Frequenz erst fangen müsste. Zugleich ist im Prinzip egal, um welche PLL- Frequenz es sich handelt, es muss nur seine eigene sein.Solution: A PLL circuit consists of a generator whose frequency is equal to the evaluation frequency of its detector circuit. If the generator frequency is then fed back to the detector input via a defined adjustable threshold circuit, the PLL circuit recognizes its own frequency and switches its evaluation output. If the level of the detector input drops below its threshold, the evaluation input responds immediately to an interruption. This happens much faster than if the PLL had to catch an offered frequency first. At the same time, in principle, it does not matter which PLL frequency it is, it just has to be its own.

Von Vorteil ist eine tiefe ausserhalb des Hörbereichs liegende Frequenz, da die Ausfilterung vom bis zu 100V-Pegel der Tonfrequenzübertragung einfach mit einem RC-Tiefpass möglich ist. Weil somit nur noch übertragenes tieffrequentes Schaltknacken stören könnte, ist der Auswerteausgang gegen kurze Impulse abgeblockt.It is advantageous to have a low frequency outside of the hearing range, since the filtering of up to 100V level of audio frequency transmission is simply possible with an RC low-pass filter. Because only transmitted low-frequency switching noise could interfere, the evaluation output is blocked against short pulses.

Da die Messungen nicht gleichzeitig auf beiden Adern einer Lautsprecherleitung durchgeführt werden können, müssen die Messungen nacheinander erfolgen. Laut Vorschrift muss spätestens alle 100 Sekunden ein Messvorgang an jeder Ader erfolgen. Als Messdauer haben sich 2 Sekunden als ausreichend erwiesen. Um die Adern durch den Messvorgang nicht gegen Erde zu beschweren und zugleich die Messschaltung vor den möglichen Überspannungen bis 100V ∼ im Fehlerfall zu schützen, ist die Kontrollschaltung hochohmig angekoppelt.Since the measurements can not be made simultaneously on both wires of a loudspeaker line, the measurements must be made one after the other. According to the regulations, a measuring process must be carried out on every wire every 100 seconds at the latest. As measuring time, 2 seconds have proven sufficient. In order not to burden the wires with earth due to the measuring process and at the same time to protect the measuring circuit from possible overvoltages up to 100V ~ in the event of a fault, the control circuit is connected to high impedance.

Im Detail: Der PLL-Generatorausgang 81 wird über einen Pegelregler 82 auf einen für Oberwellen stark gegengekoppelten Ausgangsverstärker und Impedanzwandler 83 geführt. An den Ausgangskondensator 84 folgt ein hochohmiger Tiefpass 85 (47 kOhm) zur weiteren Oberwellenbeseitigung. An diesen folgt ein weiterer hochohmiger Tiefpass 86 (130 kOhm) für den Detektoreingang 89, dem der Gleichspannungs-Trennkondensator 87 vorgeschaltet ist. Davor liegt noch eine Überspannungsbegrenzung 88, bestehend aus zwei gegeneinandergeschalteten Zenerdioden 10V. Am Detektorausgang 90 erscheint das Auswerte-Ergebnis, das im Normalfall eine erkannte Frequenz durch Ausgeben einer Spannung anzeigt. Diese Spannung wird über ein Verzögerungs-RC-Glied 91 geführt, das kurzzeitige Spannungsunterbrechungen (bis 1/2 Sekunde) überbrückt.In detail: The PLL generator output 81 is fed via a level regulator 82 to an output amplifier and impedance converter 83, which are strongly counter-balanced for harmonics. The output capacitor 84 is followed by a high-impedance low pass 85 (47 kOhm) for further harmonic removal. This is followed by another high-impedance low pass 86 (130 kOhm) for the detector input 89, which is preceded by the DC voltage cutoff capacitor 87. Before that, there is an overvoltage limitation 88, consisting of two Zener diodes 10V connected in opposition to each other. At the detector output 90, the evaluation result appears, which normally indicates a detected frequency by outputting a voltage. This voltage is passed through a delay RC element 91, which bridges momentary power interruptions (up to 1/2 second).

Längere Unterbrechungen werden über die invertierende Schaltstufe 92 als Impuls weitergereicht an ein RC-Glied 94, das mindestens 120 Sekunden (also mit Sicherheit länger als einen Messzyklus) diesen Impuls speichern und über einen weiteren Schaltverstärker 95 ausgeben muss. Die symbolische Diode 93 verhindert eine Entladung von 94 über 92.Longer interruptions are passed on via the inverting switching stage 92 as an impulse to an RC element 94, which must store this pulse for at least 120 seconds (ie, certainly longer than one measurement cycle) and output via a further switching amplifier 95. The symbolic diode 93 prevents a discharge of 94 over 92.

Zwischen Tiefpass 85 und 86 befindet sich der Messeingang. Dieser wird über zwei Reedrelaiskontakte 96-97 (wegen 2 x 100V- Adern) auf die Adern 5 und 6 des Einspeise- und Betriebsart-Umschaltmoduls FIG 2 im Messzyklus jeweils nacheinander aufgeschaltet. Mit dem Pegelregler 82 kann dabei die gewünschte Ansprechschwelle des PLL-Detektors und damit die Fehlerstromempfindlichkeit eingestellt werden.Between low pass 85 and 86 is the entrance to the fair. This is via two reed relay contacts 96-97 (because of 2 x 100V wires) to the wires 5 and 6 of the feed and mode switching module FIG. 2 in the measuring cycle one after the other. With the level controller 82 can be set the desired threshold of the PLL detector and thus the residual current sensitivity.

Liegen parallel zum Messeingang 5 kOhm, so wäre bei 100V (UxU:R) ein Fehlerstrom von 20 mA Störmeldung auslösend. Bei einer Wechselspannung müsste man dabei eventuell auf Spitzenwert einstellen, was einer Werte-Verdreifachung (300Vss / 15 kOhm) entspricht. Dies gilt auch für kapazitive Widerstände, wobei deren Scheinwiderstand sich mit der Bezugsfrequenz verändert , man also nur von einer mittleren Tonfrequenzhöhe für die Ansprechschwelle ausgehen kann.If there are 5 kOhms parallel to the measuring input, a fault current of 20 mA fault message would be triggered at 100V (UxU: R). With an alternating voltage one would have to adjust it possibly to peak value, what a value tripling (300Vss / 15 kOhm). This also applies to capacitive resistors, their impedance changing with the reference frequency, so you can assume only from a middle Tonfrequenzhöhe for the threshold.

Hierzu gibt es im Jahr 2007 noch keine gültige Festlegung für Lautsprecheranlagen.There are no valid specifications for public address systems in 2007.

Der Messzyklus wird über einen langsam laufenden Ringzähler 98 generiert. Um mit einer einzigen Erdschlusskontrollschaltung bis zu vier Einspeise- und Betriebsart-Umschaltmoduln abfragen zu können, wäre ein 10-stufiger Ringzähler sinnvoll. Dabei schreitet dieser alle 9 Sekunden eine Stelle weiter und schaltet das angeschlossene Relais (hier nur 99-100) für jeweils 2 Sekunden durch. Bei vier Moduln FIG 2 wären das acht Relais plus die beiden noch freien Stufen des Ringzählers, die man zur Funktionskontrolle des Vorgangs verwenden könnte.The measuring cycle is generated via a slow-running ring counter 98. In order to be able to interrogate up to four feed-in and mode changeover modules with a single earth fault control circuit, a 10-stage ring counter would make sense. It advances every 9 seconds and switches the connected relay (here only 99-100) for 2 seconds each. With four modules FIG. 2 That would be eight relays plus the two remaining free steps of the ring counter, which could be used to check the operation.

Da die Störungsspeicherung 94 eine Zeit von 120 Sekunden überbrückt, würde die Störmeldung bei einmaliger Erfassung mindestens diese Zeit anstehen oder eine bestehende Störung trotz Zyklus stehen bleiben.Since fault storage 94 bridges a time of 120 seconds, the fault message would be present for at least this time if a single acquisition or an existing fault would stand still despite the cycle.

Die Betriebsspannung für die Erdschlusskontrolle wird mit einem eigenen Gleichspannungswandler aus der Betriebsspannung von FIG 2 erzeugt und ist geerdet.The operating voltage for the ground fault check is generated by a separate DC-DC converter from the operating voltage of FIG. 2 generated and is grounded.

Claims (10)

  1. Active function maintenance and safety system for warning loudspeaker networks in double-wire closed-loop technology comprising a central module (Fig. 2) for the supply and operating modes switching-over of a two-wire loop and a number (depending on the demand) of function maintenance safety modules (Fig. 3) for serially dividing the loop into cable sections between the modules (Fig. 3), which can be automatically connected or disconnected in case of a malfunction,
    characterised in that
    the central supply and operating-mode-switchover module (Fig. 2), with the aid of the function maintenance and safety modules (Fig. 3) to be attached at each warning loudspeaker, registers each individual cable and loudspeaker malfunction and in response thereto switches over to two-way operation in order to maintain the function, so that within seconds the malfunctioning transfer chain is again operative except for the defective part, wherein earth-fault monitoring (Fig. 4) is provided as a safeguard against accidental contact,
    wherefore the function maintenance and safety modules each comprise an input line connection (51-52) and an output line connection (53-54) in order to be configured for connection with the central supply and operating-mode-switchover module via a forward and return line of a two-wire loop system, and
    wherefore the central supply and operating-mode-switchover module comprises a first (5-6) and a second (7-8) loop connection in order to be configured for connection with the function maintenance and safety modules via the forward and return line of the two-wire loop system, and the central supply and operating-mode-switchover module further comprises a signal input (3-4) for supplying electrical input signals at frequencies in the auditory range, a device for forwarding the input signals from the signal input (3-4) to the first loop connection (5-6), a measuring device (29) configured to output a measuring signal dependent upon a voltage at the second return line connection (7-8) and a switching device (30), which is configured to forward the input signals from the signal input (3-4) as a function of the measuring signal to the second loop connection (7-8).
  2. Active function maintenance and safety system for warning loudspeaker networks in double-wire closed-loop technology according to claim 1, characterised in that in case a malfunction occurs within the loop loudspeaker network (X 1) the central supply and operating-mode-switchover module, logically acting, is switched over from a one-way to a two-way system and a fault message is output if the supply DC voltage output on the forward line (5-6) does not arrive at the input of the return line (7-8).
  3. Active function maintenance and safety system for warning loudspeaker networks in double-wire closed-loop technology according to claim 1 or 2, characterised in that if one of the two potential-free supply DC voltages for the forward and return lines which are generated from the normal operating voltage (1-2) by separate DC voltage converters (9-10) fails, the still-functioning supply DC voltage automatically takes over the entire supply.
  4. Active function maintenance and safety system for warning loudspeaker networks in double-wire closed-loop technology according to claim 1, 2 or 3 characterised in that the module comprises a sequence control electronics (17-18) and a fault reporting electronics (34) with permanent short-circuit protection for the two DC voltage converters (9-10) and the amplifier (3-4) to be connected for each forward line (5-6) and return line (7-8).
  5. Active function maintenance and safety system for warning loudspeaker networks in double-wire closed-loop technology according to one of claims 1 to 4, characterised in that the connection (3-4) of the amplifier to be connected is co-monitored for interruption since it is connected in series with the loudspeaker circuit (5-6).
  6. Active function maintenance and safety system for warning loudspeaker networks in double-wire closed-loop technology according to one of claims 1 to 5, characterised in that the module (Fig. 2) comprises an earth-fault monitoring circuit (Fig. 4), where a PLL circuit receives its own synchronising generator below-hearing-range frequency for continuous detection and issues a fault message if it drops below the level offered.
  7. Active function maintenance and safety system for warning loudspeaker networks in double-wire closed-loop technology according to one of claims 1 to 6, characterised in that the earth-fault monitoring circuit (Fig. 4) operates extremely fault-free in relation to external DC voltages and sound AC voltages because due to its measuring frequency lying below the hearing range, simple filtering-out of faults is possible.
  8. Active function maintenance and safety system for warning loudspeaker networks in double-wire closed-loop technology according to one of claims 1 to 7, characterised in that the module (Fig. 3) required for each warning loudspeaker comprises two inputs/outputs (51-52/53-54) of equal priority which in case of operation or line interruption are connected through and are interconnected, but in case of a short circuit this through connection is interrupted.
  9. Active function maintenance and safety system for warning loudspeaker networks in double-wire closed-loop technology according to one of claims 1 to 8, characterised in that the output (55-56) of the function maintenance safety module (Fig. 3) to its own loudspeaker is included in the monitoring path in addition to the cable operating states.
  10. Active function maintenance and safety system for warning loudspeaker networks in double-wire closed-loop technology according to one of claims 1 to 9, characterised in that a module electronics (61 to 77) of the function maintenance safety module (Fig. 3) provides for logically correct monitoring of the operations, so that when there is a fault in the cabling its own loudspeaker is always connected on the functioning side of the loop and able to transfer a warning.
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