EP2617020B1

EP2617020B1 - Adressierung einer mehrzahl von über eine melderleitung verbundenen brandmeldern, insbesondere in einem nuklearbereich, mittels einer multifrequenzkodierten digitalen melderadresse

Info

Publication number: EP2617020B1
Application number: EP11770060.9A
Authority: EP
Inventors: Hans Aebersold
Original assignee: Siemens Schweiz AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2031-09-15
Also published as: EP2617020A1; WO2012035092A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brandmelder zum Anschalten an einer Melderleitung, die ihrerseits mit einer Meldezentrale verbunden ist. Der Brandmelder weist eine Empfangseinheit zum Empfangen einer von der Meldezentrale auf die Melderleitung ausgegebenen digitalen Melderadresse auf. Er umfasst einen Adresskomparator zum Vergleichen der empfangenen Melderadresse mit einer im Brandmelder einstellbaren individuellen Auswahladresse und zudem eine Detektoreinheit für zumindest eine Brandkenngrösse und zur Ausgabe eines Detektorstatus. Weiterhin weist der Brandmelder eine Sendeeinheit zum Senden des aktuellen Detektorstatus über die Melderleitung an die Meldezentrale im Falle eines positiven Adressvergleichs auf.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines derartigen Brandmelders, eine Meldezentrale zur Adressierung einer Mehrzahl derartiger Brandmelder sowie zum Empfang eines vom jeweiligen adressierten Brandmelder ausgegebenen Detektorstatus. Schliesslich betrifft die Erfindung eine Brandmeldeanlage mit einer derartigen Meldezentrale und einer Mehrzahl derartiger Brandmelder.
Aus der EP 0 575 175 A1 ist ein Detektionssystem zum Feststellen einer Alarmbedingung bekannt, wobei das Detektionssystem eine Steuereinrichtung und wenigstens eine Detektoreinrichtung umfasst, wobei die Steuereinrichtung und die Detektoreinrichtung in der Verwendung derart angeordnet sind, dass sie elektronisch wenigstens teilweise mit Hilfe eines digitalen Signals miteinander kommunizieren, welches eine Anzahl von elektrischen Impulsen und eine Anzahl von Abständen zwischen den Impulsen umfasst. Es sind wenigstens einige der Impulse und der Abstände in dem digitalen Signal derart angeordnet, dass sie eine von vier unter schiedlichen Längen bilden, wobei die vier unterschiedlichen Längen die Binärzahlen 00, 01, 10 und 11 zur möglichen Adressierung der Detektoreinrichtungen wiedergeben.
Brandmelder, wie z.B. optische Brandmelder, sind in einem Nuklearbereich hoher radioaktiver Strahlung, insbesondere hoher radioaktiver Gammastrahlung, ausgesetzt. Mit Nuklearbereich sind räumlich abgegrenzte Bereiche zum Beispiel innerhalb eines Kernkraftwerkes, einer kerntechnischen Wiederaufbereitungsanlage oder eines End- oder Zwischenlagers für radioaktiven Abfall gemeint.
Die radioaktive Strahlung hat insbesondere einen destruktiven Einfluss auf die in einem Brandmelder verwendeten elektronischen Halbleiterbauelemente wie ASICs, Mikrocontroller und Halbleiterspeicher, die sehr feine Halbleiterstrukturen von weniger als 1 µm, insbesondere von weniger als 100 nm, aufweisen. Aus diesem Grund werden vorzugsweise robuste diskrete Halbleiterbauelemente wie Transistoren oder Dioden eingesetzt, um eine beschleunigte Degenerierung der elektrischen Parameter in der Schaltung zu berücksichtigen, zumal überwiegend strahlungsfeste, ältere integrierte Halbleiterbauteile, wie z.B. ICs, Logikgatter etc., die eine Strukturgrössen von mehr 1 µm aufweisen, aufgrund der weit fortgeschrittenen Miniaturisierung nicht mehr auf dem Halbleitermarkt erhältlich sind. Derartige Brandmelder werden entweder über jeweils eine eigene Melderleitung zu einer ausserhalb des Nuklearbereichs liegenden Meldezentrale geführt. Sie können alternativ an eine gemeinsame Melderleitung geschaltet sein, wobei dann wegen der fehlenden Adressierungsmöglichkeit keine selektive Alarmmeldung von der Meldezentrale empfangbar ist.
Durch die Verwendung diskreter Halbleiterbauelement kann somit eine minimale Lebensdauer, wie z.B. von 3 Jahren, entsprechend den einschlägigen Anforderungen, wie z.B. denen bei einem Kernkraftwerk, realisiert werden. Eine solche Anforderung kann z.B. sein, dass ein Brandmelder eine Strahlenbelastung bzw. eine Energiedosis von 0.25 Gy in einem Zeitraum von 3 Jahre "aushalten" muss. Mit Gy (für Gray) ist dabei die SI-Einheit der absorbierten Energiedosis D bezeichnet. Die auf die Zeit bezogene absorbierte Energiedosis wird dabei als Dosisrate bezeichnet.
Eine ausführliche Beschreibung des Einflusses radioaktiver Strahlung auf elektronische Halbleiterbauteile, insbesondere der damit verbundenen zeitlich kumulierten oder zeitlich vorübergehenden Schädigung solcher Halbleiterkomponenten, ist in der Dissertation "Bauelemente-Degradation durch radioaktive Strahlung und deren Konsequenzen für den Entwurf strahlenresistenter elektronischer Schaltungen" von Detlef Brumbi, Fakultät für Elektrotechnik an der Ruhr-Universität Bochum, 1990, beschrieben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Brandmelder für den Einsatz im Nuklearbereich anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes Adressierungsverfahren für einen Brandmelder sowie eine vorteilhafte Verwendung für einen solchen Bandmelder anzugeben.
Schliesslich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Meldezentrale für derartige Brandmelder sowie eine Brandmeldeanlage mit einer derartigen Meldezentrale und einer Mehrzahl derartiger Brandmelder anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäss einem Aspekt der Erfindung weist die Empfangseinheit des Brandmelders eine Reihe von Bandpassfiltern zur Frequenzdekodierung einer von der Meldezentrale multifrequenzkodiert übertragenen Melderadresse auf.
Mit "multifrequenzkodiert" ist hier gemeint, dass eine Reihe von Frequenzen zur Kodierung vorgesehen ist, wobei für ein vorgegebenes Zeitintervall dann die jeweiligen Frequenzen zur Kodierung in einem zu empfangenden Signal im Wesentlichen gleichzeitig vorhanden bzw. nicht vorhanden sind. Das zu empfangende Signal wird von der Meldezentrale über die Melderleitung ausgegeben, wobei das Signal als Stromsignal oder als Spannungssignal zu den angeschlossenen Brandmeldern übertragen wird. So sind z.B. für den Fall dreier zur Kodierung vorgesehener Frequenzen 2 hoch 3 = 8 mögliche Kodes für die Kodierung der Melderadresse möglich. Vorzugsweise sind die Frequenzen bzw. ihre zugehörigen Frequenzbänder benachbart im Frequenzspektrum des übertragenen Signals angeordnet und insbesondere beabstandet angeordnet, um ein Übersprechen der einen Frequenz auf eine benachbarte Frequenz zu verhindern. In entsprechender Weise sind die Filterfrequenzen der zum Empfang des multifrequenzkodierten Signals in der Empfangseinheit vorgesehenen Bandpassfilter darauf abgestimmt.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass eine äusserst einfache Adressierung der Brandmelder möglich ist. Hierzu sind lediglich eine Reihe von schaltungstechnisch einfach zu realisierenden Bandpassfiltern, wie z.B. mittels LC- oder LCR-Glieder zumindest zweiter Filterordnung, sowie ein Adresskomparator erforderlich. Letzter kann z.B. diskret mittels Transistoren realisiert werden.
Der besondere Vorteil ist, dass im Vergleich zu den bekannten Brandmeldern für den Einsatz im Nuklearbereich eine Adressierung über eine gemeinsame Melderleitung möglich ist. Auf eine sonst übliche Adressierung über ein Protokoll oder ein Telegramm, welches bei diskreter Realisierung zu einer äusserst umfangreichen Schaltung mit einer Vielzahl von Komponenten führen würde, kann verzichtet werden. Dadurch reduziert sich die Anzahl von kostenintensiven Leitungsdurchführungen aus dem Nuklearbereich in den Nichtnuklearbereich erheblich.
Nach einer Ausführungsform weisen die Bandpassfilter voneinander verschiedene Filterfrequenzen auf. Die Filterfrequenzen liegen vorzugsweise im Kilohertzbereich, das heisst in einem Frequenzbereich bis zu mehreren 100 kHz. Sie können z.B. in einem Frequenzabstand von 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz oder 100 kHz angeordnet sein. Sie können alternativ oder zusätzlich im Megahertzbereich angeordnet sein, das heisst in einem Frequenzbereich vorzugsweise von 1 MHz bis 10 MHz. Sie können dabei in einem Frequenzabstand von 200 kHz, 300 kHz oder 500 kHz angeordnet sein. Die Melderadresse ist dabei durch eine binäre Folge von Adressbits kodiert. Es ist einem Adressbit jeweils eine Filterfrequenz zugeordnet, wobei die Adressbits jeweils als Adressbitsignal am Ausgang der Bandpassfilter ausgebbar sind. Das jeweilige Adressbitsignal liegt dann typischerweise als Wechselspannungs- oder Wechselstromsignal am Ausgang der Bandpassfilter zur signaltechnischen Weiterverarbeitung durch den Adresskomparator an.
Insbesondere ist den Bandpassfiltern jeweils ein Gleichrichter zum Gleichrichten des jeweiligen Adressbitsignals nachgeschaltet, sodass das jeweilige Adressbitsignal bei detektierter Filterfrequenz spannungsführend ist. Der Gleichrichter ist vorzugsweise eine Halbleiterdiode oder ein Brückengleichrichter aus vier Halbleiterdioden. Gegebenenfalls kann den Gleichrichter jeweils ein Kondensator nachgeschaltet sein, sodass am jeweiligen Ausgang ein geglättetes Gleichspannungs- oder Gleichstromsignal zur signaltechnischen Weiterverarbeitung durch den Adresskomparator zur Verfügung steht. Durch die Gleichrichtung ist vorteilhaft eine einfachere digitale Weiterverarbeitung möglich. Vorzugsweise ist der Adresskomparator mit einer der Anzahl der Filterfrequenzen entsprechenden Zahl von manuell betätigbaren Schaltern zum individuellen Einstellen der gewünschten Melderadresse verbunden. Die betätigbaren Schalter sind rastend ausgebildet und können in einem sogenannten DIP-Schalter zusammengefasst sein. Sie können alternativ eine Reihe von sogenannten Jumpern sein.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist der den Bandpassfiltern nachgeschaltete Adresskomparator dazu eingerichtet, ein Schaltsignal für einen positiven Adressvergleich zu unterdrücken, falls eine Anzahl, die kleiner als die Gesamtzahl der Adressbits und mindestens 1 ist, von der Anzahl der spannungsführenden Adressbitsignale abweicht. Dadurch wird die Sicherheit für die Übertragung der Melderadresse deutlich erhöht. Insbesondere wird das Schaltsignal unterdrückt, falls durch eine breitbandige, in die Melderleitung einkoppelnde Signalstörung das Vorhandensein aller für die Kodierung vorgesehenen Frequenzen detektiert worden ist. Auch wird das Schaltsignal unterdrückt, wenn keine der für die Kodierung vorgesehenen Frequenzen detektiert worden ist.
Alternativ dazu kann den Bandpassfiltern eine zwischen 1 und der Gesamtzahl der Adressbits liegende Anzahl von Gleichrichtern nachgeschaltet sein. Letztere sind über eine vorzugsweise der Gesamtzahl entsprechende Schalterzahl von mechanisch betätigbaren Schaltern mit jedem Bandpassfilter verbindbar. Hierzu kann eine der Anzahl von Gleichrichtern entsprechende Anzahl von rastenden Drehkodierschaltern zur vereinfachten Adresseinstellung oder wiederum DIP-Schalter oder auch Jumper verwendet werden. Die Gleichrichter sind zum Gleichrichten des über den betätigten Schalter zugeführten Adressbitsignals des jeweiligen Bandpassfilters vorgesehen, sodass das jeweilige Adressbitsignal bei detektierter Filterfrequenz spannungsführend ist. Es sind die Gleichrichter ausgangsseitig zu einem Summensignal zusammengeschaltet. Weiterhin ist ein Spannungs-, Strom- oder Leistungskomparator vorhanden, welcher das Summensignal zur Bildung eines Schaltsignals für einen positiven Adressvergleich durchgeschaltet, falls die ermittelte Anzahl gleichgerichteter spannungsführender Adressbitsignale mit der Anzahl der Gleichrichter übereinstimmt. Mit anderen Worten wird das Schaltsignal nur dann durchgeschaltet, wenn alle gleichgerichteten und zusammengeschalteten Adressbitsignale spannungsführend sind und die dann im Zusammenschaltungspunkt verfügbare Spannung oder Leistung im Vergleich zu den anderen Fällen entsprechend hohe Werte annimmt. Der besondere Vorteil bei dieser Ausführungsform liegt in der reduzierten Anzahl von Gleichrichtern.
Weiterhin alternativ dazu kann den Bandpassfiltern jeweils ein Gleichrichter über jeweils einen mechanisch betätigbaren Schalter nachgeschaltet sein. Die Schalter sind vorzugsweise in einem DIP-Schalter zusammengefasst. Die Gleichrichter sind zum Gleichrichten des über den betätigten Schalter zugeführten Adressbitsignals vorgesehen sind, sodass das jeweilige Adressbitsignal bei detektierter Filterfrequenz spannungsführend ist. Weiterhin sind die Gleichrichter ausgangsseitig zu einem Summensignal zusammengeschaltet. Es ist ein Spannungs-, Strom- oder Leistungskomparator vorhanden, welcher das Summensignal zur Bildung eines Schaltsignals für einen positiven Adressvergleich durchgeschaltet, falls eine Anzahl, die kleiner als die Gesamtzahl der Adressbits und mindestens 1 ist, mit der Anzahl der gleichgerichteten spannungsführenden Adressbitsignale übereinstimmt. Da mit anderen Worten auch mehr als die vorgegebene Anzahl von Adressbitsignale spannungsführend sein kann, wird das Schaltsignal nur dann durchgeschaltet, wenn die im Zusammenschaltungsknoten verfügbare Spannung oder Leistung für die vorgegebene Anzahl entsprechend mittelhohe Spannungs- oder Leistungswerte im Vergleich zu den anderen Fällen annimmt. Der besondere Vorteil bei dieser Ausführungsform liegt in der reduzierten Anzahl von Schaltern.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Schaltsignal zugleich zur elektrischen Versorgung des gesamten Brandmelders vorgesehen. Dadurch vereinfacht sich vorteilhaft der schaltungstechnische Aufwand. Im einfachsten Fall wird die im Zusammenschaltungspunkt anliegende Spannung über eine Diode entkoppelt und mittels eines Pufferkondensators gespeichert. Erreicht die dann anliegende Spannung eine vorgegebene Mindestspannung, so werden alle zum Betrieb des Brandmelders erforderlichen, elektrischen, elektronischen und gegebenenfalls optoelektronischen Komponenten im Sinne eines Power-up's mit Strom versorgt. Die elektrische Versorgung erfolgt zumindest solange, bis der adressierte Brandmelder seinen Detektorstatus auf die Melderleitung ausgegeben hat. Vorzugsweise adressiert die Meldezentrale nach Empfang dieses Detektorstatus dann einen anderen Brandmelder, wobei dann die am Zusammenschaltungspunkt des nun nicht mehr adressierten Brandmelders anliegende Spannung abfällt und die Stromversorgung automatisch unterbrochen wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Empfangseinheit des Brandmelders eine Signalauskoppeleinrichtung für ein über die Melderleitung spannungsmoduliert übertragenes Signal mit der multifrequenzkodierten Melderadresse auf. Im einfachsten Fall erfolgt die Auskopplung über einen Kondensator. Alternativ kann die Empfangseinheit eine Signalauskoppeleinrichtung für ein über die Melderleitung strommoduliert übertragenes Signal mit der multifrequenzkodierten Melderadresse aufweisen.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist die Sendeeinheit des Brandmelders dazu eingerichtet, den in der Melderleitung fliessenden Strom mit einem Melderstrom zu modulieren, wobei der Melderstrom auf unterschiedliche Stromwerte einstellbar ist, der einem aktuellen Wert des Detektorstatus entspricht. Die Strommodulation erfolgt im einfachsten Fall durch eine steuerbare ohmsche Belastung. Alternativ kann die Sendeeinheit dazu eingerichtet sein, die an der Melderleitung anliegende Spannung entsprechend dem jeweiligen Detektorstatus zu modulieren.
Vorzugsweise sind die Bandpassfilter durch passive Bauelemente wie Widerstände, Spulen oder Kondensatoren und/oder die Gleichrichter durch Halbleiterdioden realisiert. Alternativ oder zusätzlich sind im Wesentlichen sämtliche für den Betrieb des Brandmelders erforderlichen elektrischen und elektronischen Schaltungsteile durch diskrete Halbleiterbauelemente, insbesondere durch Transistoren, realisiert. Hier ist vorteilhaft eine Vielzahl von "strahlungsfesten`" Bauteiltypen kostengünstig verfügbar.
Der erfindungsgemässe Brandmelder ist besonders vorteilhaft in einem Nuklearbereich mit hoher radioaktiver Strahlendisposition, insbesondere eines Kernkraftwerkes, einer kerntechnischen Wiederaufbereitungsanlage oder eines End- oder Zwischenlagers für radioaktiven Abfall, verwendbar.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Meldezentrale zur Adressierung einer Mehrzahl erfindungsgemässer Brandmelder sowie zum Empfang eines vom jeweiligen adressierten Brandmelder ausgegebenen Detektorstatus gelöst. Dabei sind die Brandmelder über eine Melderleitung, insbesondere über eine Zweidrahtleitung, signaltechnisch mit dieser Meldezentrale verbunden. Die Meldezentrale weist zur Adressierung der Brandmelder einen Sender zum Ausgeben einer multifrequenzkodierten digitalen Melderadresse aus einer Mehrzahl von vorgebbaren Adressen sowie einen Empfänger zum Empfang eines jeweiligen Detektorstatus auf. Eine derartige Meldezentrale oder auch Brandmeldezentrale kann auch als Panel bezeichnet werden.
Schliesslich wird die Aufgabe durch eine Brandmeldeanlage gelöst, welche zumindest eine erfindungsgemässe Meldezentrale und eine Mehrzahl erfindungsgemässer Brandmelder aufweist, wobei die Meldezentrale und die Brandmelder über eine Melderleitung, insbesondere über eine Zweidrahtleitung, signaltechnisch miteinander verbunden sind. Die Meldezentrale und die jeweiligen Brandmelder sind in der Weise (zueinander) eingerichtet, dass die Brandmelder durch die Meldezentrale individuell adressierbar sind und dass nachfolgend ein aktueller Detektorstatus durch den jeweiligen adressierten Brandmelder zur Meldezentrale übertragbar ist.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1: ein Beispiel für eine Brandmeldeanlage mit einer Meldezentrale und drei an einer Zweidrahtleitung angeschlossene, in einem Nuklearbereich angeordnete Brandmelder gemäss der Erfindung,
FIG 2: ein Prinzipschaltbild einer beispielhaften Meldezentrale gemäss der Erfindung,
FIG 3: ein beispielhaftes Timingdiagramm für die Adressierung der Brandmelder mit anschliessender Übermittlung des jeweiligen Detektorstatus gemäss der Erfindung,
FIG 4: ein Prinzipschaltbild eines beispielhaften erfindungsgemässen Brandmelders nach einer ersten Ausführungsform,
FIG 5: ein beispielhaftes weiteres Timingdiagramm mit zusätzlicher Energieübertragung für den adressierten Brandmelder, und
FIG 6: ein Prinzipschaltbild eines beispielhaften erfindungsgemässen Brandmelders nach einer zweiten Ausführungsform.

FIG 1 zeigt ein Beispiel für eine Brandmeldeanlage 100 mit einer Meldezentrale 1 und drei an einer Zweidrahtleitung 3 angeschlossene, in einem Nuklearbereich NUC angeordnete Brandmelder 2 gemäss der Erfindung. Der Nuklearbereich NUC ist durch zwei Symbole für radioaktive Strahlung gekennzeichnet. Die gezeigten Brandmelder 2 können optische Brandmelder sein, welche eine optische Detektoreinheit nach dem Rückstreuprinzip zur Detektion von Rauchpartikeln aufweisen. Er kann alternativ oder zusätzlich einen Temperatursensor zur Branddetektion aufweisen. Weiterhin kann er einen Gassensor zur Detektion brandtypischer Gase aufweisen. Mit ADR1-ADR3 ist eine jeweilige Auswahladresse bezeichnet, die in den gezeigten Brandmeldern 2 vorzugsweise manuell eingestellt worden ist. Mit ADR ist eine von der Meldezentrale ausgegebene Melderadresse bezeichnet. Stimmt diese mit einer der Auswahladressen ADR1-ADR3 überein, so ist der jeweilige Brandmelder 2 adressiert. Mit ST ist ein vom adressierten Brandmelder 2 ausgegebener Detektorstatus als Reaktion auf die erfolgte gültige Adressierung bezeichnet.
FIG 2 zeigt ein Prinzipschaltbild einer beispielhaften Meldezentrale 1 gemäss der Erfindung. Die Meldezentrale 1 ist zum Anschluss an eine typischerweise eingesetzte Zweidrahtleitung 3 vorgesehen. Im linken Teil der FIG 2 ist eine prozessorgestützte Verarbeitungseinheit 10 in Form eines Mikrocontrollers gezeigt. Da die Meldezentrale 1 grundsätzlich nicht zum Betrieb in einem Nuklearbereich NUC vorgesehen ist, ist die Verwendung derartiger hochintegrierter Halbleiterkomponenten, die nicht für den Betrieb in radioaktiver Umgebung geeignet sind, problemlos möglich. Mit dem Bezugszeichen 14 ist ein Sender bezeichnet, der zur Adressierung der angeschlossenen Brandmelder 2 vorgesehen ist und hierzu vorzugsweise zyklisch eine multifrequenzkodierte digitale Melderadresse ADR aus einer Mehrzahl von vorgebbaren Adressen bzw. Auswahladressen ADR1-ADR3 ausgibt. Die Auswahladressen ADR1-ADR3 können z.B. in einem Adressregister 11 in einem elektronischen Speicher des Mikrocontrollers 10 hinterlegt sein. Im vorliegenden Beispiel weist der Sender 14 drei Sinusgeneratoren 16 zur Signalerzeugung je einer Einzelfrequenz fl-f3 auf, wenn das jeweilige eingangsseitig anliegende, vom Mikrocontroller 10 für die Adresskodierung ausgegebene digitale Adressbit b1-b3 z.B. gesetzt ist. Den beispielhaft drei Sinusgeneratoren 16 folgt ein Mischer, der aus den drei Einzelfrequenzen fl-f3 eine Mehrfachfrequenz fc bzw. ein Mehrfachfrequenzsignal erzeugt, welches dann über eine Signaleinkoppeleinrichtung 18, symbolisiert durch das Schaltungssymbol eines Kondensators, in die Melderleitung 3 als multifrequenzkodiert übertragene Melderadresse ADR eingekoppelt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass das Mehrfachfrequenzsignal fc im Mikrocontroller 2 direkt, wie z.B. mit signalprozessorgestützten Mitteln oder mit signalverarbeitenden Programmroutinen, erzeugt wird. Mit dem Bezugszeichen 12 ist ein Timer bezeichnet. Dieser ist beispielhaft zum Einstellen des Zeitintervalls für die Übertragung der Melderadresse ADR vorgesehen.
Weiterhin weist die Meldezentrale 1 einen Empfänger 15 zum Empfang eines Detektorstatus ST auf, der als Reaktion auf die Adressierung einen jeweiligen Detektorstatus ST ausgibt. Dieser kann z.B. ein erster oder zweiter Alarmlevel AL1, AL2, eine Betriebsbereitmeldung OK oder eine Fehlermeldung ERR (siehe FIG 3) sein. Üblicherweise werden die möglichen Zustände eines solchen Detektorstatus ST strommoduliert vom jeweiligen adressierten Brandmelder 2 übertragen. Hierzu weist der Empfänger 15 der Meldezentrale 1 nicht weiter bezeichnete Mittel zur Erfassung des modulierten Detektorstatus ST, wie z.B. einen Strommesseinheit, auf. Der jeweilige Detektorstatus ST wird letztlich durch den Mikrocontroller 10 erfasst, der gegebenenfalls eine Alarmmeldung ALARM ausgibt, wie z.B. an eine Feuerwehr.
Im Beispiel der FIG 2 ist weiterhin ein Binomialkoeffizient innerhalb des Kastens des Mikrocontroller 10 dargestellt, dessen unterer Koeffizient n einen Wert 3 und dessen oberer Koeffizient k einen Wert 2 aufweist. Der untere Koeffizient entspricht allgemein der Gesamtanzahl n der zur Adresskodierung vorgesehenen Adressbits b1-b3, der obere Koeffizient einer Teilmenge k davon, das heisst einer Anzahl von Adressbits b1-b3. Im vorliegenden Beispiel existieren folglich nur drei Kombinationen, bei denen immer genau zwei Adressbits b1-b3 gesetzt sind. Übertragen auf das Multifrequenzsignal fc bedeutet dies, dass immer eine von den drei Frequenzen fl-f3 im Multifrequenzsignal fc gerade nicht vorhanden ist. Dadurch ist vorteilhaft ein Übertragungsfehler bei der Adressierung feststellbar, wenn keine, nur eine oder alle Frequenzen fl-f3 bei der Multifrequenzdekodierung bei einem angeschlossenen Brandmelder 2 mittels der Bandpassfilter detektiert worden ist bzw. detektiert worden sind. Die Übertragungssicherheit wird erheblich erhöht.
FIG 3 zeigt ein beispielhaftes Timingdiagramm für die Adressierung der Brandmelder 2 mit folgender Übermittlung des jeweiligen Detektorstatus ST gemäss der Erfindung. Es ist über die Zeit t der Signalpegel p für das von der Meldezentrale 1 über die Melderleitung 3 übertragene Mehrfachfrequenzsignal fc sowie der elektrische Strom i des vom jeweiligen adressierten Brandmelder 2 zurückübertragenen strommodulierten Detektorstatus ST aufgetragen. Wie die FIG 3 weiter zeigt, korrespondiert ein jeweiliger Stromwert mit einem entsprechenden Detektorstatuswert OK, AL1, AL2 und ERR. Letzter wird als Nichtbetriebsbereitmeldung interpretiert, falls nach der Adressierung keine Modulation des Melderstroms i durch die Melderzentrale 1 detektiert worden ist. Die Dauer der jeweiligen Adressierung liegt vorzugsweise im Bereich von 0.1 bis 60 Sekunden, wie z.B. bei 10 Sekunden.
FIG 4 zeigt ein Prinzipschaltbild eines beispielhaften erfindungsgemässen Brandmelders 2 nach einer ersten Ausführungsform. Der Brandmelder 2 ist an einer Zweidrahtleitung als Melderleitung 3 angeschaltet und über diese mit einer nicht weiter gezeigten Meldezentrale 1 signaltechnisch verbunden. Der Brandmelder 2 weist eine Empfangseinheit 4 zum Empfangen einer von der Meldezentrale 1 ausgegebenen digitalen Melderadresse ADR auf, die beispielhaft durch drei Adressbits b1-b3 kodiert ist. Er weist weiterhin einen damit verbundenen Adresskomparator 5 zum Vergleichen der empfangenen Melderadresse ADR mit einer im Brandmelder 2 einstellbaren individuellen Auswahladresse ADR1-ADR3 auf. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Einstellung der Auswahladresse ADR1-AD3 mittels dreier Schalter S1-S3. Mit v1-v3 sind die zugehörigen Vergleichssignale bezeichnet. Vorzugsweise handelt es ich bei diesen um Spannungswerte, die einen logischen High- oder Low-Pegel für die digitale Schaltungslogik des Adresskomparators 5 repräsentieren. Weiterhin weist der Brandmelder 2 eine Detektoreinheit 21 zur Detektion zumindest einer Brandkenngrösse auf. Mit DS ist ein von der Detektoreinheit 21 an eine elektronische Steuerung 20 für den Brandmelder 2 ausgegebenes Detektionssignal bezeichnet. Dieses wird durch die elektronische Steuerung 20 ausgewertet und in einen Detektorstatus ST umgesetzt. Letzterer wird im Falle eines positiven Adressvergleichs, welches der Steuerung 20 über ein entsprechendes Schaltsignal AV mitgeteilt wird, an eine Sendeeinheit 22 ausgegeben, welche dann den aktuellen Detektorstatus ST über die Melderleitung 3 an die Meldezentrale 1 sendet. Weiterhin weist der Brandmelder 2 eine an die Melderleitung 3 angeschaltete und an sich bekannte Stromversorgungseinheit 23 zur elektrischen Versorgung des Brandmelders 2 auf.
Erfindungsgemäss weist die Empfangseinheit 4 nun eine Reihe von Bandpassfiltern 42 zur Frequenzdekodierung einer von der Meldezentrale 1 multifrequenzkodiert übertragenen Melderadresse ADR auf.
Zur Auskopplung des Mehrfachfrequenzsignals fc als Träger der multifrequenzkodierten Melderadresse ADR weist die Empfangseinheit 4 eine Signalauskoppeleinrichtung 41 auf. Ist das Mehrfachfrequenzsignal fc z.B. der an der Melderleitung 3 anliegenden Spannung aufmoduliert, so ist im einfachsten Fall die Signalauskoppeleinrichtung 41 ein Kondensator.
Weiterhin weisen die Bandpassfilter 42 voneinander verschiedene Filterfrequenzen fl-f3 auf. Die Melderadresse ADR ist durch eine binäre Folge von Adressbits b1-b3 kodiert, wobei jedem Adressbit b1-b3 eine Filterfrequenz fl-f3 zugeordnet ist und wobei diese Adressbits b1-b3 jeweils als Adressbitsignal al-a3 am Ausgang der Bandpassfilter 42 ausgebbar sind. Im Beispiel der vorliegenden FIG 4 werden die Adressbitsignale al-a3 jeweils noch mittels eines Gleichrichters 43 gleichgerichtet. Das jeweilige Adressbitsignal al-a3 ist bei detektierter Filterfrequenz fl-f3 somit (gleich-)spannungsführend.
Weiterhin ist der gezeigte Adresskomparator 5 dazu eingerichtet, ein Schaltsignal AV im Falle eines positiven Adressvergleichs zu unterdrücken. Dies für den Fall, dass eine Anzahl k, die kleiner ist die Gesamtzahl n der hier verwendeten Adressbits b1-b3 und mindestens 1 ist, von der Anzahl der spannungsführenden Adressbitsignale al-a3 abweicht. Für den vorliegenden Fall bedeutet dies, dass das Schaltsignal AV unterdrückt werden würde, wenn z.B. alle drei Schalter S1-S3 geschlossen wären und bezüglich des Adressvergleichs zugleich auch alle drei Adressbitsignale al-a3 spannungsführend wären. Diese Kombination wäre bezüglich einer hier geforderten Zweiaus-Drei-Kombination unzulässig. Der sonst positive Adressvergleich wird nicht als Schaltsignal AV ausgegeben. Dagegen würde das Vorhandensein nur der ersten und zweiten Filterfrequenz f1, f2 entsprechend der gezeigten Schalterstellungen mit geschlossenem ersten und zweiten Schalter S1, S2 sowie mit geöffnetem dritten Schalter S3 zu einem positiven Adressvergleich führen. Da diese Kombination eine zulässige Zweiaus-Drei-Kombination ist, wird das Schaltsignal AV auch durchgeschaltet.
FIG 5 zeigt ein beispielhaftes weiteres Timingdiagramm mit zusätzlicher Energieübertragung für den adressierten Brandmelder 2. Im Vergleich zur FIG 3 ist erkennbar, dass die multifrequenzkodiert übertragenen Melderadresse ADR, ADR1-ADR3 als strom- oder spannungsmoduliertes Mehrfachfrequenzsignal solange an der Melderleitung 3 ansteht, bis die Übertragung des Detektorstatus ST des adressierten Brandmelders 2 eingetroffen ist. Während dieser Zeit erfolgt somit auch die elektrische Versorgung des adressierten Brandmelders 2. Die schaltungstechnische Realisierung hierzu ist in der folgenden FIG 6 gezeigt.
FIG 6 zeigt ein Prinzipschaltbild eines beispielhaften erfindungsgemässen Brandmelders 2 nach einer zweiten Ausführungsform.
Im Vergleich zu FIG 4 ist nun keine separate Stromversorgungseinrichtung 23 mehr vorhanden. Diese ist Teil des gezeigten Komparators 24, der seinerseits Teil des Adresskomparators 5 ist. Gemäss der Erfindung ist den Bandpassfiltern 42 jeweils ein Gleichrichter 43 über jeweils einen mechanisch betätigbaren Schalter S1-S6 nachgeschaltet. Die Gleichrichter 43 sind zum Gleichrichten des über den betätigten Schalter S1-S6 zugeführten Adressbitsignals a1-a6 vorgesehen, sodass das jeweilige Adressbitsignal al-a6 bei detektierter Filterfrequenz fl-f6 (gleich-)spannungsführend ist. Im vorliegenden Fall werden beispielhaft sechs Filterfrequenzen fl-f6 zur Multifrequenzdekodierung und folglich auch sechs Bandpassfilter 42 sowie sechs Gleichrichter 43 verwendet. Ausgangsseitig sind die Gleichrichter 43 in einem Zusammenschaltungspunkt zur Bildung eines Summensignals aΣ zusammengeschaltet. Es folgt ein Spannungs-, Strom- oder Leistungskomparator 24, welcher das Summensignal aΣ zur Bildung eines Schaltsignals AV für einen positiven Adressvergleich durchschaltet. Dies für den Fall, dass eine Anzahl k, die kleiner als die Gesamtzahl n der Adressbits b1-b6 und mindestens 1 ist, mit der Anzahl der gleichgerichteten spannungsführenden Adressbitsignale al-a6 übereinstimmt.
Zur Veranschaulichung werden nun für die Adresskodierung sowie für die entsprechende Adressdekodierung beispielhaft nur Drei-aus-Sechs-Kombinationen zugelassen. Somit stehen für die Adressierung der Brandmelder 20 Adressen zur Verfügung. Die jeweilige Auswahladresse ADR01-ADR20 kann mittels der sechs Schalter S1-S6 eingestellt werden, wobei immer drei der sechs Schalter S1-S6 geschlossen und die restlichen Schalter S1-S6 geöffnet sein müssen. Die Schalter S1-S6 bilden somit bereits einen Teil des Adresskomparators 5. Der Komparator 24 ist dazu eingerichtet, dass die am Zusammenschaltungsknoten anliegende Spannung als Schaltsignal AV und zugleich zur Stromversorgung des Brandmelders 2 nur dann durchschaltet wird, wenn drei Adressbitsignale al-a6 spannungsführend sind. Ist dagegen die jeweilige erfasste Spannung bzw. Leistung oder der jeweilige in den Komparator hineinfliessende erfasste Strom höher oder niedriger als die Vergleichswerte für drei spannungsführende Adressbitsignale al-a6, so ist davon auszugehen, dass eine jeweilige Filterfrequenz fl-f6 nicht vorhanden ist oder dass mehr als drei Filterfrequenzen fl-f6 vorhanden sind, wenn mehr als drei Schalter S1-S6 geschlossen sein sollten. Im ersteren Fall liegen Spannungs-, Leistungs- oder Stromwerte deutlich unter den jeweiligen Vergleichswerten, im letzteren Fall deutlich darüber.
Schliesslich soll das Schaltungssymbol eines Transistors in der Empfangseinheit 4, in der Sendeeinheit 22, im Komparator 24 und in der Steuerung 10 den vorzugsweise diskreten schaltungstechnischen, strahlungsfesten Aufbau der Elektronik des Brandmelders 2 symbolisieren.

Bezugszeichenliste

1: Meldezentrale, Panel
2: Brandmelder
3: Melderleitung, Zweidrahtleitung
4: Empfangseinheit
5: Adresskomparator
10: elektronische Auswerteeinheit, Mikrocontroller
11: Adressregister
12: Timer, Zeitglied
14: Sender
15: Empfänger
16: Sinusgenerator
17: Mischer
18: Signaleinkoppeleinrichtung
20: elektronische Steuerung, diskrete realisierte Steuerung, Mikrocontroller
21: Detektoreinheit, Branddetektoreinheit
22: Sendeeinheit
23: Stromversorgungseinheit
24: Stromversorgungseinheit mit Komparator
41: Signalauskoppeleinrichtung
42: Bandpassfilter
43: Gleichrichter, Diode
100: Brandmeldeanlage

ADR: Melderadresse, Adresse
al-a6: Adressbitsignal
aΣ: Adressbitsignal
b1-b6: Adressbits
ADR1-ADR3, ADR01-ADR20: Auswahladresse, Adresse
AL1, AL2: Alarmlevel
ALARM: Alarmmeldung
AV: Schaltsignal für Vergleichsergebnis
OK: Betriebsbereitmeldung
v1-v6: Komparatorsignal
DS: Detektionssignal
ERR: Fehlermeldung, Nichtbetriebsbereitmeldung
fl-f6: Einzelfrequenz, Filterfrequenz
fc: Mehrfachfrequenz, Multifrequenz
i: Melderstrom
NUC: Nuklearbereich
p: Pegel
S1-S6: Schalter, DIP-Schalter, Jumper
ST: Detektorstatus
+: positive Versorgungsspannung
k, n: Binomialkoeffizient
k: Anzahl der Filterfrequenzen
n: Gesamtzahl der Filterfrequenzen

Claims

Brandmelder zum Anschalten an einer Melderleitung (3), die ihrerseits mit einer Meldezentrale (1) verbunden ist,
wobei der Brandmelder aufweist
- eine Empfangseinheit (4) zum Empfangen einer von der Meldezentrale (1) auf die Melderleitung (3) ausgegebenen digitalen Melderadresse (ADR),

- einen Adresskomparator (5) zum Vergleichen der empfangenen Melderadresse (ADR) mit einer im Brandmelder einstellbaren individuellen Auswahladresse,

- eine Detektoreinheit (21) für zumindest eine Brandkenngrösse sowie zur Ausgabe eines Detektorstatus (ST) und

- eine Sendeeinheit (22) zum Senden des aktuellen Detektorstatus (ST) über die Melderleitung (3) an die Meldezentrale (1) im Falle eines positiven Adressvergleichs,
dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (4) eine Reihe von Bandpassfiltern (42) zur Frequenzdekodierung einer von der Meldezentrale (1) multifrequenzkodiert übertragenen Melderadresse (ADR) aufweist.
Brandmeldern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandpassfilter (42) voneinander verschiedene Filterfrequenzen (f1-f6) aufweisen, dass die Melderadresse (ADR) durch eine binäre Folge von Adressbits (b1-b6) kodiert ist, dass einem Adressbit (b1-b6) jeweils eine Filterfrequenz (f1-f6) zugeordnet ist und dass die Adressbits (b1-b6) jeweils als Adressbitsignals (a1-a6) am Ausgang der Bandpassfiltern (42) aufgebbar sind.
Brandmelder nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Bandpassfilter (42) jeweils ein Gleichrichter (43) zum Gleichrichtern des jeweiligen Adressbitsignals (a1-a6) nachgeschaltet ist, sodass das jeweilige Adressbitsignals (a1-a6) bei detektierter Filterfrequenz (f1-f6) spannungsführend ist.
Brandmelder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der den Bandpassfilter (43) nachgeschaltete Adresskomparator (5) dazu eingerichtet ist, ein Schaltsignal (AV) für einen positiven Adressvergleich zu unterdrücken, falls eine Anzahl (k), die kleiner als die Gesamtzahl (n) der Adressbits (b1-b6) und mindestens 1 ist, von der Anzahl der spannungsführenden Adressbitsignale (a1-a6) abweicht.
Brandmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass den Bandpassfilter (42) eine zwischen 1 und der Gesamtzahl (n) der Adressbits (b1-b6) liegende Anzahl (k) von Gleichrichtern (43) nachgeschaltet ist,

- dass die Gleichrichter (43) über eine vorzugsweise der Gesamtzahl (n) entsprechende Schalterzahl von mechanisch betätigbaren Schaltern (S1-S6) mit jedem Bandpassfiltern (42) verbindbar sind,

- dass die Gleichrichter (43) zum Gleichrichtern des über den betätigten Schalter (S1-S6) zugeführten Adressbitsignals (a1-a6) des jeweiligen Bandpassfilters (42) vorgesehen sind, sodass das jeweilige Adressbitsignal (a1-a6) bei detektierter Filterfrequenz (f1-f6) spannungsführend ist,

- dass die Gleichrichter (43) ausgangsseitig zu einem Summensignal (aΣ) zusammengeschaltet sind und

- dass ein Spannungs-, Strom- oder Leistungskomparator vorhanden ist, welcher das Summensignal (aΣ) zur Bildung eines Schaltsignals (AV) für einen positiven Adressvergleich durchschaltet, falls die ermittelte Anzahl gleichgerichteter spannungsführender Adressbitsignale (a1-a6) mit der Anzahl (k) der Gleichrichter (43) übereinstimmt.
Brandmelder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass den Bandpassfilter (42) jeweils ein Gleichrichter (43) über jeweils einen mechanisch betätigbaren Schalter (S1-S6) nachgeschaltet ist,

- dass die Gleichrichter (43) zum Gleichrichtern des über den betätigten Schalter (S1-S6) sugeführten Adressbitsignals (a1-a6) vorgesehen sind, sodass das jeweilige Adressbitsignal (a1-a6) bei detektierter Filterfrequenz (f1-f6) spannungsführend ist,

- dass die Gleichrichter (43) ausgangsseitig zu einem Summensignal (aΣ) zusammengeschaltet sind und

- dass ein Spannungs-, Strom- oder Leistungskomparator vorhanden ist, welcher das Summensignal (aΣ) zur Bildung eines Schaltsignals (AV) für einen positiven Adressvergleich durchschaltet, falls eine Anzahl (k), die kleiner als die Gesamtzahl (n) der Adressbits (b1-b6) und mindestens 1 ist, mit der Anzahl der gleichgerichteten spannungsführenden Adressbitsignale (a1-a6) übereinstimmt.
Brandmelder nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltsignal (AV) zugleich zur elektrischen Versorgung des gesamten Brandmelders vorgesehen ist.
Brandmelder nach einem der vorangegangenen Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (4) eine Signalauskoppeleinrichtung (41) für ein über die Melderleitung (3) spannungsmoduliert übertragenes Signal mit der multifrequenzkodierten Melderadresse (ADR) aufweist.
Brandmelder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (22) dazu eingerichtet, den in der Melderleitung (3) fliessenden Strom mit einem Melderstrom (i) zu modulieren, wobei der Melderstrom (i) auf unterschiedliche Stromwerte einstellbar ist, der einem aktuellen Wert (OK, AL1, AL2, ERR) des Detektorstatus (ST) entspricht.
Brandmelder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Melderleitung (3) als Zweidrahtleitung ausgebildet ist.
Brandmelder nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandpassfilter (42) durch passive Bauelemente wie Widerstände, Spulen oder Kondensatoren realisiert sind, und/oder dass die Gleichrichter (43) durch Halbleiterdioden realisiert sind und/oder dass im Wesentlichen sämtliche für den Überwachungsbetrieb des Brandmelder erforderlichen elektrischen und elektronischen Schaltungsteile (4, 5, 20-24, 41-43) durch diskrete Halbleiterbauelemente, insbesondere durch Transistoren, realisiert sind.
Verwendung eines Brandmelder (2) nach einem der vorangegangenen Ansprüche in einem Nuklearbereich (NUC) mit hoher radioaktive Strahlendisposition, insbesondere eines Kernkraftwerkes, einer kerntechnischen Wiederaufbereitungsanlage oder eines End- oder Zwischenlagers für radioaktiven Abfall.
Meldezentrale zur Adressierung einer Mehrzahl von Brandmeldern (2) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 11 sowie zum Empfang eines vom jeweiligen adressierten Brandmelder (2) ausgegebenen Detektorstatus (ST), wobei die Brandmelder (2) über eine Melderleitung (3), insbesondere über eine Zweidrahtleitung, signaltechnisch mit der Meldezentrale verbunden sind, wobei die Meldezentrale zur Adressierung einen Sender (14) zum Ausgeben einer multifrequenzkodierten digitalen Melderadresse (ADR) aus einer Mehrzahl von vorgebbaren Adressen (ADR1-ADR3) aufweist, wobei die Melderadresse (ADR) durch eine binäre Folge von Adressbits (b1-b6) kodiert ist und wobei einem Adressbit (b1-b6) jeweils eine Filterfrequenz (f1-f6) zugeordnet ist, und wobei die Meldezentrale einen Empfänger (15) zum Empfang eines jeweiligen Detektorstatus (ST) aufweist.
Brandmeldeanlage mit einer Meldezentrale (1) nach Anspruch 13 und mit einer Mehrzahl von Brandmeldern (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Meldezentrale (1) und die Brandmelder (2) über eine Melderleitung, (3) signaltechnisch miteinander verbunden sind, insbesondere über eine Zweidrahtleitung, wobei die Meldezentrale (1) und die jeweiligen Brandmelder (2) in der Weise eingerichtet sind, dass die Brandmeldern (2) durch die Meldezentrale (1) individuell adressierbar sind und dass nachfolgend ein aktueller Detektorstatus (ST) durch den jeweiligen adressierten Brandmelder (2) zur Meldezentrale (1) übertragbar ist.