EP2393073A1 - Verfahren zum Betreiben einer Gefahrenmeldeanlage - Google Patents

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EP2393073A1
EP2393073A1 EP11155545A EP11155545A EP2393073A1 EP 2393073 A1 EP2393073 A1 EP 2393073A1 EP 11155545 A EP11155545 A EP 11155545A EP 11155545 A EP11155545 A EP 11155545A EP 2393073 A1 EP2393073 A1 EP 2393073A1
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EP
European Patent Office
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subscriber
current
central unit
processor
input
Prior art date
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EP11155545A
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EP2393073B1 (de
Inventor
Peter Ungemach
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Novar GmbH
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Novar GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/12—Checking intermittently signalling or alarm systems
    • G08B29/123—Checking intermittently signalling or alarm systems of line circuits

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a hazard alarm system with a central unit (central office or coupler) to which a two-wire line as a field bus several participants are connected in parallel, each of which has an input (A) and an output (B) for the fieldbus, at least a processor, a processor-controlled disconnector between input (A) and output (B), a sensor or actuator and a communication module.
  • the invention further relates to an operating according to this method hazard detection system.
  • the central unit supplies the operating voltage via the two-wire line operated as a field bus to the subscribers and communicates with these digitally via defined, usually proprietary protocols.
  • the central unit monitors the voltage and the current on the fieldbus to protect the alarm system. If a predetermined maximum value of the current is exceeded, as a rule caused by insulation faults, in the worst case a short circuit, the central unit switches off the operating voltage. As a rule, the alarm system can not be put into operation until the cause of the fault has been eliminated.
  • the invention has for its object to provide a method for operating such a hazard detection system available that a total failure of the hazard detection system usually avoids as a result of in the fieldbus, ie on the two-wire line or in a particular participant occurred insulation fault.
  • This solution is based on a state-of-the-art alarm system in which the central unit and the subscribers communicate digitally with one another.
  • the input and the output of the participants are equal, so that the "incoming" fieldbus can also be connected to the output and the "outgoing" fieldbus to the input.
  • the sensors in the subscribers can be, in particular, smoke detectors or burglar alarms.
  • the actuators may e.g. visual or acoustic escape route markings, extinguishing agent controls, and / or triggers for fire doors or smoke flaps.
  • the solution according to the invention is also applicable to analog operating systems that work instead of a processor with a simple logic circuit in the subscriber and do not require a communication module.
  • the solution according to the invention is suitable both for a field bus in the form of a spur line and a ring-shaped closed fieldbus. In both cases, as is known, branch off from the field bus more field buses as stubs.
  • the core of the invention is that when an insulation fault, hereinafter referred to only as "short circuit" occurs, all participants recognize this error by the current measurement while at the same time, but only the one participant who is wiring the next fault location, his disconnector opens so that the other subscribers located between the subscriber with the open disconnector and the central unit remain fully functional.
  • the subscriber-specific delay time is determined as a function of the number of other participants located between the respective subscriber and the central unit and, preferably during the commissioning of the alarm system, stored individually in each subscriber.
  • N the number of subscribers
  • i the physical position number of the subscriber counted by the central unit's serving port
  • t is a time interval greater than that Time is required for each participant to complete his functional routine.
  • Under the function routine here are all the participants assigned, usually preprogrammed and cyclically repeating subtasks to understand, that is, those that the participant performs in normal operation, such as periodic queries of the sensors, sending status messages to the center, receiving and processing Command from the headquarters, etc.
  • the Time for the sake of energy saving usually also only at periodic intervals made measurement of the current by the subscriber, the comparison with the stored maximum value and the processing of the comparison result by the processor and for this possibly triggered by this opening the disconnector.
  • the time interval t can be very short, for example of the order of 1 ms.
  • the fieldbus is often designed as a loop in current hazard detection systems.
  • the method according to the invention is that when commissioning the alarm system in each participant, the valid for normal operation current flow direction and a first delay time in the case of power via the A port of the central unit and a second delay time for the case during operation, as soon as an overcurrent ("short-circuit current") is detected, its direction is determined between the input and the output of the subscriber and depending on the determined current flow direction either at Expiration of the first delay time or at the end of the second delay time and in each case still persistent exceeding of the maximum value of the current of the disconnector is opened.
  • overcurrent short-circuit current
  • the availability of the hazard detection system is significantly improved even in the case of a short circuit, because the result of the short circuit location is separated from the fieldbus, because the short circuit immediately adjacent participants ("before” and “behind” the short circuit) both open their disconnectors, if the Central unit feeds the field bus at this time both the A port and the B port.
  • a data telegram that is significant for this purpose is preferably sent to the central unit via the communication module.
  • the central unit or the operator thus not only recognizes, as before, that a short circuit has occurred, but the short circuit can be localized immediately and, for example. be output in plain text.
  • the operating voltage of at least the subscriber positioned in the nearer region of the short circuit collapses to 0 volts or nearly 0 volts, it must be ensured in another way that the subscribers concerned at least as long be supplied with their operating voltage until the disconnector of the short circuit location next participant (or the disconnector of the participants on both sides of the short circuit location) has opened and all remaining participants receive their operating voltage again from the central unit. If the subscribers have no operating voltage available from an external auxiliary voltage source, they must therefore, when the minimum value of their operating voltage falls below an internal energy store, e.g. a capacitor, sufficiently long, at least until the opening of the relevant disconnector, are supplied.
  • an internal energy store e.g. a capacitor
  • the applied operating voltage can be measured in each participant, compared with a stored minimum value, and the comparison result supplied to the processor.
  • the current measuring module determines in addition to the amount of current and its sign, i. its direction between the A port and the B port of the subscriber.
  • the hazard alarm system may additionally comprise a voltage measuring module which compares the voltage applied to the input or the output of the subscriber operating voltage with a stored minimum value and supplies the comparison result to the processor, which interprets an undershooting of the stored minimum value of the operating voltage as an interrupt command.
  • FIG. 1 is, simplified, the scheme of a hazard detection system shown.
  • the central unit ZE which is the alarm center, in the case of larger systems a sub-center or an alarm center or a sub-center connected coupler can act.
  • the central unit ZE has a connection A and a connection B for a guided in the ring, embodied by a second wire line field bus whose beginning is accordingly connected to the terminal A and the end to the terminal B of the central unit ZE.
  • the fieldbus supplies eg up to 123 subscribers with their operating voltage and at the same time serves the digital communication between the central unit and these subscribers. For the sake of simplicity, only 10 subscribers are represented in a ring R.
  • Each participant has a two-pole input a and a two-pole output b.
  • T01 to T03 may be fire detectors
  • T04 may be an optical or acoustic escape route identifier
  • T05 may be an extinguishant controller, and so on.
  • the central unit can supply the ring R in an operating mode A via the connection A and / or in operating mode B via the connection B with operating voltage.
  • the central unit ZE comprises a logic which determines the operating mode as a function of the state of the fieldbus.
  • the logic detects an open circuit or a short on the fieldbus in A-mode, it will attempt to be ready for operation by switching to B-mode or A / B mode, ie powering the fieldbus and communicating between them Terminals A and B off, to maintain.
  • FIG. 2 Structure shown as a block diagram. If the fieldbus is not operated as a ring but only as a stitch, the structure is simplified accordingly.
  • the subscriber has input terminals a + and a- as well as output terminals b + and b-.
  • the field bus embodying two-wire line is connected to the input terminals a + and a-.
  • the continuing two-wire line is connected to the output terminals b + and b-, respectively.
  • Between the terminals a + and b + is a closed in regular operation disconnector TR, for example, a relay contact or a controlled semiconductor switch.
  • the disconnector TR can also lie between the terminals a and b.
  • the separator TR comprises two series-arranged FETs as switches, which are selectively, ie programmatically, individually or jointly switchable via switching commands.
  • a current sensor IS for example in the form of a current measuring resistor whose current-proportional voltage drop measures an evaluation circuit AS, compares with a maximum value stored in a memory MA and the result and, in the case of an annularly guided field bus, also the direction of current flow to a processor between the terminals a and b transmitted ⁇ P.
  • the processor ⁇ P is furthermore connected to a sensor or an actuator S / A, for example to the detection circuit of a scattered light smoke detector or to the control circuit of an extinguishing agent system.
  • the processor sends status messages to the central unit ZE in via a communication module KM Fig. 1 and receives from these commands in the form of data telegrams.
  • the processor ⁇ P controls the switching state of the disconnector TR.
  • the communication module KM can also report the switching state of the disconnector TR to the central unit ZE.
  • the evaluation circuit AS queries via the current sensor IS, the current on the fieldbus, that is, the current through the subscriber, in short intervals periodically.
  • the maximum value is preferably stored in the memory MA during the commissioning of the alarm system, as well as the current flow direction in normal operation of the ring. If the maximum value is exceeded, the processor ⁇ P starts a timer ZG. Depending on the direction (the sign) of the current, the processor determines ⁇ P after expiration of either a stored delay time VZa or after the lapse of a stored delay time VZb, whether the exceeding of the maximum value of the current characterizing signal persists. Only if this is the case does the processor ⁇ P trigger the opening of the disconnector TR. The resulting performance is then based on Fig. 3 be explained.
  • the processor .mu.P receives its internal operating voltage from an energy store ES, for example a capacitor, which is dimensioned so that at least the processor .mu.P and the current measuring circuit IS, AS remain operable at least until the disconnector TR is opened.
  • the energy store ES is connected to the line between a + and b + via diodes D1 and D2 on both sides of the disconnector TR in order to prevent the energy store ES from discharging via the short-circuit point in the event of a short circuit.
  • the subscriber has a voltage measuring module Sa and Sb on the input side and output side.
  • the voltage measuring modules compare the operating voltage present at the input and the output of the subscriber with a stored minimum value and, if not reached, supply a signal to the processor which can interpret this signal as an interrupt command to execute certain routines such as the control or interrogation of the sensor or actuator S /.
  • a or the data traffic with the communication module KM cancel and immediately start the timer ZG. This shortens the time until the necessary opening of the disconnector TR.
  • a / D converters can be integrated in the processor ⁇ P and all values to be stored can be stored in a common memory IC.
  • Fig. 3 in the ordinate direction, the subscribers T01 to T10 are plotted in the abscissa direction, the delay times VZa and VZb rising from left to right in a symbolic time grid.
  • Each of the participants T01 to T10 is assigned a specific delay time for him. This depends on its “distance” from the respective feeding connection of the central unit ZE and the longer, the closer the relevant subscriber is to the feeding connection. By “distance” is meant the number of further participants up to the (respective) connection.
  • the subscriber T01 As seen from the A port of the central unit ZE, the first subscriber, but when fed via the B port of the central unit ZE is the last subscriber (T10), the subscriber T01 is at startup of the system as a delay time VZa of Value t10 and assigned as delay time VZb the value t1 for storage, etc. Conversely, for example, the participant T10 as the delay time VZa the value t1 and assigned as delay time VZb the value t10 and stored in this. Consequently, the subscriber T01 has the longest delay time t10 [VZa] and the shortest delay time t1 [VZb], the subscriber T09 the delay times t9 [VZa] and t2 [VZb], etc.
  • the subscribers T07 to T06 are supplied (only) with operating voltage via the A connection; T10, however, via the B port. Therefore, for T01 to T06 only the delay times VZa from t10 to t5 are relevant and marked as circles.
  • the delay times t4 [VZa] to t1 [VZa], which are not relevant in the case under consideration but are also stored, are shown as dashed circles.
  • only the relevant delay times t7 [VZb] to t10 [VZb] are represented as circles for the subscribers T10 to T07.
  • the further stored delay times t1 [VZb] to t6 [VZb] are also not shown for the sake of clarity.
  • the subscriber T06 with the shortest delay time t5 [VZa] and also the subscriber T07 with the shortest delay time t7 [VZb] are the first to recognize this state. These delay times are additionally marked with "X". These two participants consequently open their separators TR. Thus the fault location is separated from the ring bus. The participants T01 to T05 and the participants T08 to T10 recognize, however, at the end of their respective longer delay times VZa or VZb that the maximum permissible value MA of the current is (again) below. Their disconnectors TR therefore remain closed. Consequently, the previous functioning of the hazard alarm system is restored at least for the participants T01 to T05 and T08 to T10. The functionality can be completely restored, ie also for the subscribers T06 and T07 on both sides of the fault location, if these two subscribers in turn can also process signals from their sensors or commands for their actuators after opening their disconnectors.
  • the command of the processor ⁇ P which triggers the opening of the disconnector TR, can be used at the same time for switching on an LED (not shown), which facilitates the location of the fault location for the maintenance personnel.

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Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer Gefahrenmeldeanlage mit einer Zentraleinheit, an die über eine Zweidrahtleitung als Feldbus mehrere Teilnehmer (T01 bis T10) parallel angeschlossen sind, von denen jeder einen Eingang und einen Ausgang für den Feldbus, mindestens einen Prozessor, einen von dem Prozessor gesteuerten Trenner zwischen Eingang und Ausgang, einen Sensor oder Aktor und ein Kommunikationsmodul umfasst, vermeidet einen Totalausfall der Gefahrenmeldeanlage im Fall eines schwerwiegenden Isolationsfehlers der Zweidrahtleitung, wenn in jedem Teilnehmer (T0 bis T10) - der Strom durch den Teilnehmer zwischen dessen Eingang und dessen Ausgang gemessen, mit einem gespeicherten Maximalwert verglichen und bei dessen Überschreitung ein hierfür repräsentatives Signal an den Prozessor erzeugt wird - und dann, wenn nach Ablauf einer teilnehmerspezifischen Verzögerungszeit (VZ) die Überschreitung des Maximalwertes des Stromes fortbesteht, der Trenner geöffnet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gefahrenmeldeanlage mit einer Zentraleinheit (Zentrale oder Koppler), an die über eine Zweidrahtleitung als Feldbus mehrere Teilnehmer parallel angeschlossen sind, von denen jeder einen Eingang (A) und einen Ausgang (B) für den Feldbus, mindestens einen Prozessor, einen von dem Prozessor gesteuerten Trenner zwischen Eingang (A) und Ausgang (B), einen Sensor oder Aktor und ein Kommunikationsmodul umfasst. Die Erfindung betrifft desweiteren eine nach diesem Verfahren arbeitende Gefahrenmeldeanlage.
  • Gefahrenmeldeanlagen mit dem vorstehend genannten, grundsätzlichen Aufbau sind seit langem Stand der Technik. Die Zentraleinheit liefert die Betriebsspannung über die als Feldbus betriebene Zweidrahtleitung an die Teilnehmer und kommuniziert mit diesen digital über definierte, meist proprietäre Protokolle. Zum Schutz der Gefahrenmeldeanlage überwacht die Zentraleinheit unter anderem auch die Spannung und den Strom auf dem Feldbus. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes des Stromes, im Regelfall verursacht durch Isolationsfehler, im ungünstigsten Fall einen Kurzschluss, schaltet die Zentraleinheit die Betriebsspannung ab. Die Gefahrenmeldeanlage kann dann im Regelfall erst wieder in Betrieb genommen werden, wenn die Fehlerursache beseitigt ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Gefahrenmeldeanlage zur Verfügung zu stellen, das einen Totalausfall der Gefahrenmeldeanlage als Folge eines im Bereich des Feldbusses, d.h. auf der Zweidrahtleitung oder in einem bestimmten Teilnehmer aufgetretenen Isolationsfehler in aller Regel vermeidet.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in jedem Teilnehmer
    • der Strom durch den Teilnehmer zwischen dessen Eingang und dessen Ausgang gemessen, mit einem gespeicherten Maximalwert verglichen und bei dessen Überschreitung ein hierfür repräsentatives Signal an den Prozessor erzeugt wird
    • und dann, wenn nach Ablauf einer teilnehmerspezifischen Verzögerungszeit die Überschreitung des Maximalwertes des Stromes fortbesteht, der Trenner geöffnet wird.
  • Diese Lösung ist auf eine Gefahrenmeldeanlage nach dem aktuellen Stand der Technik abgestellt, bei der die Zentraleinheit und die Teilnehmer digital miteinander kommunizieren. Der Eingang und der Ausgang der Teilnehmer sind gleichberechtigt, so dass der "ankommende" Feldbus auch an den Ausgang und der "abgehende" Feldbus auch an den Eingang angeschlossen werden kann. Die Sensoren in den Teilnehmern können insbesondere Rauchmelder oder Einbruchsmelder sein. Die Aktoren können z.B. optische oder akustische Fluchtwegkennzeichnungen, Löschmittelsteuerungen, und/oder Auslöser für Brandschutztüren oder Rauchabzugsklappen sein. Die erfindungsgemäße Lösung ist jedoch auch bei analog arbeitenden Anlagen anwendbar, die anstelle eines Prozessors mit einer einfachen Logikschaltung im Teilnehmer arbeiten und kein Kommunikationsmodul benötigen.
  • Die Lösung nach der Erfindung eignet sich sowohl für einen Feldbus in Form einer Stichleitung als auch einen ringförmig geschlossenen Feldbus. In beiden Fällen können, wie an sich bekannt, von dem Feldbus weitere Feldbusse als Stichleitungen abzweigen.
  • Der Kern der Erfindung besteht darin, dass beim Auftreten eines Isolationsfehlers, im Folgenden nur beispielhaft als "Kurzschluss" bezeichnet, alle Teilnehmer diesen Fehler durch die Strommessung zwar gleichzeitig erkennen, jedoch nur derjenige Teilnehmer, der dem Fehlerort verdrahtungstechnisch am nächsten liegt, seinen Trenner öffnet, so dass die zwischen dem Teilnehmer mit dem geöffneten Trenner und der Zentraleinheit liegenden, anderen Teilnehmer vollständig funktionsfähig bleiben.
  • Die teilnehmerspezifische Verzögerungszeit wird in Abhängigkeit von der Anzahl der zwischen dem jeweiligen Teilnehmer und der Zentraleinheit liegenden anderen Teilnehmer bestimmt und, vorzugsweise bei der Inbetriebnahme der Gefahrenmeldeanlage, in jedem Teilnehmer einzeln gespeichert.
  • Vorzugsweise wird die teilnehmerspezifische Verzögerungszeit VZ festgelegt als VZ = (N+1-i)·t, worin N die Anzahl der Teilnehmer, i die von dem speisenden Anschluss der Zentraleinheit gezählte physikalische Positionsnummer des Teilnehmers und t ein Zeitintervall ist, das größer als die Zeit ist, die jeder Teilnehmer zum vollständigen Abarbeiten seiner Funktionsroutine benötigt. Unter der Funktionsroutine sind hierbei alle dem Teilnehmer zugewiesenen, normalerweise vorprogrammierten und sich zyklisch wiederholenden Teilaufgaben zu verstehen, das heißt auch diejenigen, die der Teilnehmer im normalen Betrieb ausführt, z.B. periodisches Abfragen der Sensoren, Senden von Zustandsmeldungen an die Zentrale, Empfangen und Verarbeiten von Befehlen von der Zentrale usw. Hinzu kommt im Rahmen der Erfindung die Zeit für die aus Gründen der Energieeinsparung im Regelfall ebenfalls nur in periodischen Zeitabständen vorgenommene Messung des Stromes durch den Teilnehmer, den Vergleich mit dem gespeicherten Maximalwert und die Verarbeitung des Vergleichsergebnisses durch den Prozessor sowie für das von diesem gegebenenfalls ausgelöste Öffnen des Trenners. Das Zeitintervall t kann sehr kurz sein, z.B. in der Größenordnung von 1 ms.
  • Zur Erhöhung der Ausfallsicherheit ist bei aktuellen Gefahrenmeldeanlagen der Feldbus häufig als Ringleitung ausgeführt. In diesem Fall besteht das Verfahren nach der Erfindung darin, dass bei der Inbetriebnahme der Gefahrenmeldeanlage in jedem Teilnehmer die für den normalen Betrieb geltende Stromflussrichtung und eine erste Verzögerungszeit für den Fall der Speisung über den A-Anschluss der Zentraleinheit und eine zweite Verzögerungszeit für den Fall der Speisung über den B-Anschluss der Zentraleinheit gespeichert wird, und dass im Betrieb, sobald ein Überstrom ("Kurzschlussstrom") detektiert wird, dessen Richtung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Teilnehmers ermittelt wird und dass in Abhängigkeit von der ermittelten Stromflussrichtung entweder bei Ablauf der ersten Verzögerungszeit oder bei Ablauf der zweiten Verzögerungszeit und jeweils dann noch fortbestehender Überschreitung des Maximalwertes des Stromes der Trenner geöffnet wird.
  • Dadurch wird die Verfügbarkeit der Gefahrenmeldeanlage auch im Fall eines Kurzschlusses erheblich verbessert, denn im Ergebnis wird der Kurzschlussort aus dem Feldbus herausgetrennt, weil die dem Kurzschlussort unmittelbar benachbarten Teilnehmer ("vor" und "hinter" dem Kurzschlussort) beide ihre Trenner öffnen, sofern die Zentraleinheit den Feldbus zu diesem Zeitpunkt sowohl über den A-Anschluss als auch über den B-Anschluss speist.
  • Vorzugsweise wird beim Öffnen des Trenners ein hierfür signifikantes Datentelegramm über das Kommunikationsmodul an die Zentraleinheit gesendet. Die Zentraleinheit bzw. das Bedienpersonal erkennt somit nicht nur wie bisher, dass ein Kurzschluss eingetreten ist sondern der Kurzschluss kann sofort lokalisiert und z.B. im Klartext ausgegeben werden.
  • Weil im Fall eines vollständigen Kurzschlusses zwischen den Adern des Feldbusses bzw. der diesen verkörpernden Zweidrahtleitung die Betriebsspannung zumindest der im näheren Bereich des Kurzschlussortes positionierten Teilnehmer auf 0 Volt oder nahezu 0 Volt zusammenbricht, muss auf andere Weise sichergestellt werden, dass die betreffenden Teilnehmer zumindest solange mit ihrer Betriebsspannung versorgt werden, bis der Trenner des dem Kurzschlussort zunächst liegenden Teilnehmers (oder die Trenner der Teilnehmer beidseits des Kurzschlussortes) geöffnet hat und alle verbleibenden Teilnehmer ihre Betriebsspannung wieder von der Zentraleinheit erhalten. Sofern den Teilnehmern keine Betriebsspannung aus einer externen Hilfsspannungsquelle zur Verfügung steht, müssen sie deshalb bei Unterschreitung des Mindestwertes ihrer Betriebsspannung aus einem internen Energiespeicher, z.B. einem Kondensator, ausreichend lange, mindestens bis zum Öffnen des betreffenden Trenners, versorgt werden.
  • Zusätzlich kann in jedem Teilnehmer die anliegende Betriebsspannung gemessenen, mit einem gespeicherten Mindestwert verglichen und das Vergleichsergebnis an den Prozessor geliefert werden.
  • Um die Zeit bis zum Öffnen des oder der Trenner zu verkürzen, kann bei Überschreitung des Maximalwertes des Stromes und/oder bei Unterschreitung des Mindestwertes der Betriebsspannung in jedem Teilnehmer ein Interrupt-Befehl für seinen Prozessor erzeugt werden, so dass letzterer sofort den Befehl zum Öffnen des Trenners ausgibt.
  • Zweckmäßig kann bei geöffnetem Trenner eine diesen Zustand kennzeichnende Signalleuchte des Teilnehmers aktiviert werden. Dadurch vereinfacht sich die Suche des Fehlerortes.
  • Gegenstand der Erfindung ist desweiteren eine Gefahrenmeldeanlage, die entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren betrieben werden kann. Diese Gefahrenmeldeanlage umfasst eine Zentraleinheit (Zentrale oder Koppler), an die über eine Zweidrahtleitung als Feldbus mehrere Teilnehmer parallel angeschlossen sind. Jeder Teilnehmer hat
    • einen Eingang und einen Ausgang für den Feldbus,
    • mindestens einen Prozessor,
    • einen von dem Prozessor gesteuerten Trenner zwischen Eingang und Ausgang
    • einen Sensor oder Aktor,
    • ein Modul zur Messung des Stromes zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Teilnehmers und
    • ein Kommunikationsmodul zum Austausch von Datentelegrammen mit der Zentraleinheit und hat erfindungsgemäß desweiteren
    • mindestens einen Speicher für mindestens eine teilnehmerspezifische Verzögerungszeit,
    • einen weiteren Speicher zur Speicherung mindestens des Betrages des im Normalbetrieb zulässigen Maximalwertes des Stromes zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Teilnehmers,
    • eine Auswerteschaltung, die den gemessenen Strom mit dem gespeicherten Maximalwert vergleicht und das Vergleichsergebnis an den Prozessor liefert
    • und einen Energiespeicher zum Betrieb des Prozessors bei Wegfall der Betriebsspannung des Teilnehmers.
  • Wenn der Feldbus als Ringleitung ausgeführt ist und dementsprechend von der Zentraleinheit über deren A-Anschluss und/oder deren B-Anschluss gespeist werden kann, ermittelt das Strommessmodul zusätzlich zu dem Betrag des Stromes auch dessen Vorzeichen, d.h. dessen Richtung zwischen dem A-Anschluss und dem B-Anschluss des Teilnehmers.
  • Die Gefahrenmeldeanlage kann zusätzlich ein Spannungsmessmodul umfassen, das die an dem Eingang oder dem Ausgang des Teilnehmers anliegende Betriebsspannung mit einem gespeicherten Mindestwert vergleicht und das Vergleichsergebnis an den Prozessor liefert, der eine Unterschreitung des gespeicherten Mindestwerts der Betriebsspannung als Interrupt-Befehl interpretiert.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, die sich auf ein stark vereinfacht dargestelltes Ausführungsbeispiel bezieht. Es zeigt:
    • Fig. 1: ein Schema einer Gefahrenmeldeanlage
    • Fig. 2: ein Blockschaltbild eines der Teilnehmer dieser Gefahrenmeldeanlage
    • Fig. 3: eine symbolische Darstellung der Teilnehmerzustände nach dem Auftreten eines Kurzschlusses.
  • In Figur 1 ist, stark vereinfacht, das Schema einer Gefahrenmeldeanlage dargestellt.
  • Sie umfasst eine Zentraleinheit ZE, bei es sich um die Alarmzentrale, bei größeren Anlagen um eine Unterzentrale oder einen an eine Alarmzentrale oder eine Unterzentrale angeschlossenen Koppler handeln kann. Die Zentraleinheit ZE hat einen Anschluss A und einen Anschluss B für einen im Ring geführten, durch eine Zweitdrahtleitung verkörperten Feldbus, dessen Anfang dementsprechend mit dem Anschluss A und dessen Ende mit dem Anschluss B der Zentraleinheit ZE verbunden ist. Der Feldbus versorgt z.B. bis zu 123 Teilnehmer mit ihrer Betriebsspannung und dient gleichzeitig der digitalen Kommunikation zwischen der Zentraleinheit und diesen Teilnehmern. Dargestellt sind der Einfachheit halber lediglich 10 Teilnehmer in einem Ring R. Diese haben die von dem Anschluss A zum Anschluss B gezählten Positionsnummern T01 bis T10 bzw., vom Anschluss B zum Anschluss A gezählt, die Positionsnummern (T01) bis (T10). Jeder Teilnehmer hat einen zweipoligen Eingang a und einen zweipoligen Ausgang b.
  • Die Teilnehmer können sowohl die Funktion von Sensoren als auch die Funktion von Aktoren haben. Zum Beispiel können T01 bis T03 Brandmelder, T04 eine optische oder akustische Fluchtwegkennzeichnung, T05 eine Löschmittelsteuerung usw. sein.
  • Die Zentraleinheit kann den Ring R in einer Betriebsart A über den Anschluss A und/oder in einer Betriebsart B über den Anschluss B mit Betriebsspannung versorgen. Das Gleiche gilt für die Kommunikation zwischen der Zentraleinheit ZE und den Teilnehmern. Wie an sich bekannt, umfasst die Zentraleinheit ZE eine Logik, die die Betriebsart in Abhängigkeit von dem Zustand des Feldbusses bestimmt.
  • Wenn z.B. die Logik im A-Betrieb eine Unterbrechung oder einen Kurzschluss auf dem Feldbus feststellt, versucht sie die Betriebsbereitschaft durch Umschaltung auf den B-Be-trieb oder den A-/B-Betrieb, d.h. die Speisung des Feldbusses und die Kommunikation von beiden Anschlüssen A und B aus, aufrecht zu erhalten.
  • Jeder der Teilnehmer in Fig. 1 hat zur Durchführung des vorgeschlagenen Betriebsverfahrens den in Figur 2 als Blockschaltbild dargestellten Aufbau. Wird der Feldbus nicht als Ring sondern nur als Stich betrieben, vereinfacht sich der Aufbau entsprechend.
  • Der Teilnehmer hat Eingangsanschlüsse a+ und a- sowie Ausgangsanschlüsse b+ und b-. Die z.B. vom Anschluss A der Zentraleinheit kommende, den Feldbus verkörpernde Zweidrahtleitung ist mit den Eingangsanschlüssen a+ und a- verbunden. Die weiterführende Zweidrahtleitung ist entsprechend mit den Ausgangsanschlüssen b+ und b- verbunden. Zwischen den Anschlüssen a+ und b+ liegt ein im regulären Betrieb geschlossener Trenner TR, z.B. ein Relaiskontakt oder ein gesteuerter Halbleiterschalter. Der Trenner TR kann auch zwischen den Anschlüssen a- und b- liegen. Bevorzugt umfasst der Trenner TR zwei in Serie angeordnete FETs als Schalter, die wahlweise, d.h. programmgesteuert, einzeln oder gemeinsam über Schaltbefehle schaltbar sind. Zwischen den Anschlüssen a- und b- liegt ein Stromsensor IS, z.B. in Form eines Strommesswiderstandes, dessen stromproportionaler Spannungsabfall eine Auswerteschaltung AS misst, mit einem in einem Speicher MA abgelegten Maximalwert vergleicht und das Ergebnis sowie bei ringförmig geführtem Feldbus auch die Stromflussrichtung an einen Prozessor µP übermittelt. Der Prozessor µP ist desweiteren je nach Anwendungsfall mit einem Sensor oder einem Aktor S/A verbunden, also z.B. mit der Detektionsschaltung eines Streulichtrauchmelders oder mit der Steuerschaltung einer Löschmittelanlage. Über ein Kommunikationsmodul KM sendet der Prozessor Zustandsmeldungen an die Zentraleinheit ZE in Fig. 1 und erhält von dieser Befehle in Form von Datentelegrammen. Desweiteren steuert der Prozessor µP den Schaltzustand des Trenners TR. Das Kommunikationsmodul KM kann u.a. auch den Schaltzustand des Trenners TR an die Zentraleinheit ZE melden.
  • Die Auswerteschaltung AS fragt über den Stromsensor IS den Strom auf dem Feldbus, das heißt den Strom durch den Teilnehmer, in kurzen Zeitabständen periodisch ab. Der Maximalwert wird vorzugsweise schon bei der Inbetriebnahme der Gefahrenmeldeanlage in dem Speicher MA abgelegt, ebenso die Stromflussrichtung im Normalbetrieb des Ringes. Bei Überschreitung des Maximalwertes startet der Prozessor µP einen Zeitgeber ZG. In Abhängigkeit von der Richtung (dem Vorzeichen) des Stromes ermittelt der Prozessor µP nach Ablauf entweder einer gespeicherten Verzögerungszeit VZa oder nach Ablauf einer gespeicherten Verzögerungszeit VZb, ob das eine Überschreitung des Maximalwertes des Stromes kennzeichnende Signal fortbesteht. Nur dann, wenn dies der Fall ist, löst der Prozessor µP das Öffnen des Trenners TR aus. Das dadurch erzielte Betriebsverhalten wird anschließend anhand von Fig. 3 erläutert werden.
  • Wenn der Strom durch den Teilnehmer den vorgegebenen Maximalwert erheblich überschreitet, also z.B. im Kurzschlussfall, bricht die Betriebsspannung an den Anschlüssen a und b zusammen. Deshalb erhält der Prozessor µP seine interne Betriebsspannung aus einem Energiespeicher ES, z.B. einem Kondensator, der so dimensioniert ist, dass mindestens der Prozessor µP und die Strommessschaltung IS, AS mindestens bis zum Öffnen des Trenners TR betriebsfähig bleiben. Der Energiespeicher ES ist an die Leitung zwischen a+ und b+ über Dioden D1 und D2 beidseits des Trenners TR angeschlossen, um zu verhindern, dass der Energiespeicher ES sich im Kurzschlussfall über die Kurzschlussstelle entlädt. Optional hat der Teilnehmer eingangsseitig und ausgangsseitig ein Spannungsmessmodul Sa und Sb.
  • Die Spannungsmessmodule vergleichen die am Eingang und am Ausgang des Teilnehmers anliegende Betriebsspannung mit einem gespeicherten Mindestwert und liefern bei Unterschreitung ein Signal an den Prozessor, der dieses Signal als Interrupt-Befehl interpretieren kann um bestimmte Routinenwie die Steuerung bzw. Abfrage des Sensors oder Aktors S/A oder den Datenverkehr mit dem Kommunikationsmodul KM abzubrechen und unverzüglich den Zeitgeber ZG zu starten. Dadurch verkürzt sich die Zeit bis zum etwa notwendigen Öffnen des Trenners TR.
  • Die dargestellten Funktionsblöcke dienen nur der Erläuterung. In der Praxis können bestimmte Funktionen und/oder die nicht dargestellten A/D-Wandler in dem Prozessor µP integriert und alle zu speichernden Werte in einem gemeinsamen Speicher-IC abgelegt sein.
  • Das Betriebsverhalten einer Gefahrenmeldeanlage gemäß Fig. 1 mit Teilnehmern gemäß Fig. 2 und insbesondere die Funktion der teilnehmerspezifischen Verzögerungszeiten VZa und VZb wird anhand von Fig. 3 erläutert, und zwar im Fall eines Überstromes oder Kurzschlusses durch einen Fehler zwischen den Teilnehmern 06 und 07. Dabei ist angenommen, dass die Gefahrenmeldeanlage bzw. die Zentraleinheit ZE gemäß Fig. 1 den Feldbus mindestens ab Eintritt des Kurzschlusses, den auch die Zentraleinheit erkennt, sowohl über den A-Anschluss als auch über den B-Anschluss versorgt.
  • In Fig. 3 sind in Ordinatenrichtung die Teilnehmer T01 bis T10, in Abszissenrichtung die von links nach rechts steigenden Verzögerungszeiten VZa und VZb in einem symbolischen Zeitraster aufgetragen.
  • Jedem der Teilnehmer T01 bis T10 ist eine für ihn spezifische Verzögerungszeit zugewiesen. Diese ist abhängig von seinem "Abstand" von dem jeweiligen speisenden Anschluss der Zentraleinheit ZE und umso länger, je näher der betreffende Teilnehmer dem speisenden Anschluss liegt. Mit "Abstand" ist die Zahl der weiteren Teilnehmer bis zu dem (jeweiligen) Anschluss gemeint.
  • Die jeweiligen Verzögerungszeiten können nach der Beziehung VZ = (N+1-i)·t bestimmt sein, worin N die Anzahl der Teilnehmer, im vorliegenden Beispiel 10, i die von dem speisenden Anschluss der Zentraleinheit ZE gezählte physikalische Positionsnummer des Teilnehmers und t ein Zeitintervall ist, das mindestens so groß gewählt ist, dass jeder Teilnehmer die anhand von Fig. 2 beschriebenen Funktionen im Fall eines den gespeicherten Maximalwert überschreitenden Stromes bis zum etwa notwendigen Öffnen des Trenners TR abarbeiten kann, ohne dass sich diese Abläufe der einzelnen Teilnehmer zeitlich überlappen.
  • Weil der Teilnehmer T01, gesehen von dem A-Anschluss der Zentraleinheit ZE, der erste Teilnehmer, jedoch bei Speisung über den B-Anschluss der Zentraleinheit ZE der letzte Teilnehmer (T10) ist, wird dem Teilnehmer T01 bei Inbetriebnahme der Anlage als Verzögerungszeit VZa der Wert t10 und als Verzögerungszeit VZb der Wert t1 zur Speicherung zugewiesen, usw. Umgekehrt werden z.B. dem Teilnehmer T10 als Verzögerungszeit VZa der Wert t1 und als Verzögerungszeit VZb der Wert t10 zugewiesen und in diesem gespeichert. Folglich hat der Teilnehmer T01 die längste Verzögerungszeit t10 [VZa] und die kürzeste Verzögerungszeit t1 [VZb], der Teilnehmer T09 die Verzögerungszeiten t9 [VZa] und t2 [VZb], usw.
  • Wenn, wie hier angenommen, zwischen den Teilnehmern T06 und T07 ein Fehlerort liegt, der zu einem Überstrom ("Kurzschluss") führt, werden (nur noch) die Teilnehmer T01 bis T06 über den A-Anschluss mit Betriebsspannung versorgt, die Teilnehmer T07 bis T10 hingegen über den B-Anschluss. Deshalb sind für T01 bis T06 nur die Verzögerungszeiten VZa von t10 bis t5 relevant und als Kreise markiert dargestellt. Die im betrachteten Fall nicht relevanten, aber ebenfalls gespeicherten Verzögerungszeiten t4 [VZa] bis t1 [VZa] sind als gestrichelte Kreise dargestellt. Analog sind für die Teilnehmer T10 bis T07 nur die hier relevanten Verzögerungszeiten t7 [VZb] bis t10 [VZb] als Kreise dargestellt. Die ebenfalls gespeicherten, weiteren Verzögerungszeiten t1 [VZb] bis t6 [VZb] sind der Übersichtlichkeit halber nicht gekennzeichnet.
  • Daraus ergibt sich für den zwischen den Teilnehmern T06 und T07 liegenden Fehlerort, der in jedem Teilnehmer einen Strom erzeugt, der größer als der gespeicherte Maximalwert MA ist, Folgendes:
    • Alle Teilnehmer T01 bis T10 erkennen diesen im Zeitpunkt t0 auftretenden Zustand gleichzeitig. Somit startet jeder Teilnehmer über seinen Prozessor µP seinen Zeitgeber ZG.
    • Gesteuert von der Information über die Richtung des Stromes, also abhängig davon, ob der betreffende Teilnehmer ab t0 von dem A-Anschluss oder dem B-Anschluss der Zentraleinheit ZE gespeist wird, wartet der Prozessor µP jedes Teilnehmers entweder bis zum Ablauf seiner Verzögerungszeit VZa, im Fall der Fig. 3 die Teilnehmer T06 bis T01, oder
    • bis zum Ablauf der Verzögerungszeit VZb, im Fall der Fig. 3 die verbleibenden Teilnehmer T07 bis T10. Bis zum Ablauf der jeweiligen Verzögerungszeit oder erst bei deren Ablauf prüft der jeweiligen Prozessor µP, ob die Information über den Überstrom noch fortbesteht. Wenn das der Fall ist, löst der Prozessor µP des betreffenden Teilnehmers das Öffnen des Trenners TR dieses Teilnehmers aus.
  • Weil der Fehlerort zwischen den Teilnehmern T06 und T07 liegt, erkennen der Teilnehmer T06 mit der kürzesten Verzögerungszeit t5 [VZa] und ebenso der Teilnehmer T07 mit der kürzesten Verzögerungszeit t7 [VZb] als Erste diesen Zustand. Diese Verzögerungszeiten sind zusätzlich mit "X" markiert. Diese beiden Teilnehmer öffnen folglich ihre Trenner TR. Damit ist der Fehlerort aus dem Ringbus herausgetrennt. Die Teilnehmer T01 bis T05 und die Teilnehmer T08 bis T10 erkennen hingegen bei Ablauf ihrer jeweils längeren Verzögerungszeiten VZa bzw. VZb, dass der zulässige Maximalwert MA des Stromes (wieder) unterschritten ist. Ihre Trenner TR bleiben deshalb geschlossen. Folglich ist die vorherige Funktionsfähigkeit die Gefahrenmeldeanlage mindestens für die Teilnehmer T01 bis T05 und T08 bis T10 wieder hergestellt. Die Funktionsfähigkeit kann vollständig, d.h. auch für die Teilnehmer T06 und T07 beidseits des Fehlerortes wieder hergestellt sein, wenn diese beiden Teilnehmer ihrerseits auch nach dem Öffnen ihrer Trenner Signale ihrer Sensoren oder Befehle für ihre Aktoren verarbeiten können.
  • Der Befehl des Prozessors µP, der das Öffnen des Trenners TR auslöst, kann gleichzeitig zum Einschalten einer LED (nicht dargestellt) benutzt werden, die dem Wartungspersonal die Lokalisierung des Fehlerortes erleichtert.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Gefahrenmeldeanlage mit einer Zentraleinheit (Zentrale oder Koppler), an die über eine Zweidrahtleitung als Feldbus mehrere Teilnehmer (T01 bis T10) parallel angeschlossen sind, von denen jeder einen Eingang (a) und einen Ausgang (b) für den Feldbus, mindestens einen Prozessor (µP), einen von dem Prozessor gesteuerten Trenner TR zwischen Eingang (a) und Ausgang (a), einen Sensor oder Aktor (S/A) und ein Kommunikationsmodul (KM) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Teilnehmer (T01 bis T10)
    - der Strom durch den Teilnehmer zwischen dessen Eingang (a) und dessen Ausgang (b) gemessen, mit einem gespeicherten Maximalwert verglichen und bei dessen Überschreitung ein hierfür repräsentatives Signal an den Prozessor (µP) erzeugt wird
    - und dann, wenn nach Ablauf einer teilnehmerspezifischen Verzögerungszeit (VZ) die Überschreitung des Maximalwertes des Stromes fortbesteht, der Trenner (TR) geöffnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die teilnehmerspezifische Verzögerungszeit (VZ) in Abhängigkeit von der Anzahl der zwischen dem jeweiligen Teilnehmer und der Zentraleinheit (ZE) liegenden anderen Teilnehmern bestimmt und bei der Inbetriebnahme der Gefahrenmeldeanlage in dem jeweiligen Teilnehmer gespeichert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die teilnehmerspezifische VerzögerungszeitVZ festgelegt wird als VZ = (N+1-i)·t, worin N die Anzahl der Teilnehmer (T01 bis T10), i die von dem speisenden Anschluss (A, B) der Zentraleinheit (ZE) gezählte physikalische Positionsnummer des Teilnehmers und t ein Zeitintervall ist, das größer als die Zeit ist, die der Teilnehmer zum vollständigen Abarbeiten seiner Funktionsroutine benötigt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, für eine Gefahrenmeldeanlage, deren Zentraleinheit (ZE) einen A-Anschluss für den Anfang des Feldbusses und einen B-Anschluss für das Ende des Feldbusses hat und letzteren über den A-Anschluss und/oder den B-Anschluss speist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Inbetriebnahme der Gefahrenmeldeanlage in jedem Teilnehmer die für den normalen Betrieb geltende Stromflussrichtung und eine erste Verzögerungszeit (VZa) für den Fall der Speisung über den A-Anschluss der Zentraleinheit (ZE) und eine zweite Verzögerungszeit (VZb) für den Fall der Speisung über den B-Anschluss der Zentraleinheit (ZE) gespeichert wird, und dass im Betrieb bei Überschreitung des gespeicherten Maximalwertes des Stromes dessen Richtung zwischen dem Eingang (a) und dem Ausgang (b) des Teilnehmers ermittelt wird und dass in Abhängigkeit von der ermittelten Stromflussrichtung entweder bei Ablauf der ersten Verzögerungszeit (VZa) oder bei Ablauf der zweiten Verzögerungszeit (VZb) und fortbestehender Überschreitung des Maximalwertes des Stromes der Trenner (TR) geöffnet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Öffnen des Trenners (TR) ein hierfür signifikantes Datentelegramm über das Kommunikationsmodul (KM) an die Zentraleinheit (ZE) gesendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnehmer (T01 bis T10) bei Unterschreitung des Mindestwertes ihrer Betriebsspannung aus einem internen Energiespeicher versorgt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Teilnehmer (T01 bis T10) die anliegende Betriebsspannung gemessen, mit einem gespeicherten Mindestwert verglichen und das Vergleichsergebnis an den Prozessor (µP) geliefert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung des Mindestwertes der Betriebsspannung und/oder bei Überschreitung des Maximalwertes des Stromes in jedem Teilnehmer (T01 bis T10) ein Interrupt-Befehl für seinen Prozessor (µP) erzeugt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffnetem Trenner (TR) eine Signalleuchte des Teilnehmers aktiviert wird.
  10. Gefahrenmeldeanlage mit einer Zentraleinheit (Zentrale oder Koppler), an die über eine Zweidrahtleitung als Feldbus mehrere Teilnehmer (T01 bis T10) angeschlossen sind, von denen jeder
    - einen Eingang (a) und einen Ausgang (b) für den Feldbus,
    - mindestens einen Prozessor (µP),
    - einen von dem Prozessor (µP) gesteuerten Trenner (TR) zwischen Eingang (a) und Ausgang (b)
    - einen Sensor oder Aktor (S/A),
    - einen Stromsensor (IS) zur Messung des Stromes zwischen dem Eingang (a) und dem Ausgang (b) des Teilnehmers und
    - ein Kommunikationsmodul (KM) zum Austausch von Datentelegrammen mit der Zentraleinheit (ZE) umfasst,
    gekennzeichnet durch
    - mindestens einen Speicher (VZa/VZb) für mindestens eine teilnehmerspezifische Verzögerungszeit (VZ),
    - einen weiteren Speicher zur Speicherung mindestens des Betrages des im Normalbetrieb zulässigen Maximalwertes des Stromes zwischen dem Eingang (a) und dem Ausgang (b) des Teilnehmers,
    - eine Auswerteschaltung (AS), die den gemessenen Strom mit dem gespeicherten Maximalwert vergleicht und das Vergleichsergebnis, im Fall eines ringförmig angeschlossenen Feldbusses auch die Richtung des Stromes an den Prozessor (µP) liefert
    - und einen Energiespeicher zum Betrieb des Prozessors (µP) bei Wegfall der Betriebsspannung des Teilnehmers.
  11. Gefahrenmeldeanlage nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Spannungsmessmodul, das die an dem Eingang (a) oder dem Ausgang (b) des Teilnehmers anliegende Betriebsspannung mit einem gespeicherten Mindestwert vergleicht und bei Unterspannung ein Signal an den Prozessor (µP) liefert.
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