WO2015122579A1 - 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템 - Google Patents

양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템 Download PDF

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WO2015122579A1
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line
terminal
voltage
loop
detector
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PCT/KR2014/005755
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English (en)
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Inventor
김영수
정민우
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비아이산업(주)
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Publication date
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    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/06—Electric actuation of the alarm, e.g. using a thermally-operated switch
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B25/00—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems
    • G08B25/01—Alarm 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
    • G08B25/08—Alarm 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 communication transmission lines

Definitions

  • the present invention relates to a fire and gas detection system for installation in a hazardous area having a bidirectional communication function, and more particularly, to provide a power supply and a bidirectional communication function through a power line for a detector installed in a dangerous area having a high risk of disaster.
  • the present invention relates to a fire and gas detection system having a bidirectional communication function that can be maintained even in the event of a disaster.
  • Fire detection and gas leak detection measures for large spaces such as inside and outside of ships, plants or buildings, smoke detectors to detect smoke, temperature detectors to detect ambient temperature, flame detectors to detect flames
  • a plurality of smoke detectors are installed to detect the occurrence of smoke, and a system is configured and applied to detect the occurrence of fire and gas leakage according to the operation of each detector.
  • Korean Patent No. 1311950 2013.9.17.
  • a prior art Korean Patent No. 1311950 (2013.9.17.) (Name: fire detection fire and gas detection system having a bidirectional communication loop) (hereinafter, referred to as a prior art) is disclosed.
  • a communication loop comprising a positive line for transmitting an operating voltage and a digital call signal and a negative line arranged in parallel with the positive line;
  • a fire detector connected to the communication loop, for analyzing the digital call signal and transmitting the measured value as a current signal at the time it is called;
  • An interface unit having a loop A terminal and a loop B terminal, transmitting an operating voltage and a digital call signal to the (+) line and receiving a current signal output by the fire detector from the (-) line;
  • a fire detection fire having a bidirectional communication loop connected to the interface unit, the main control panel providing a digital call signal, receiving measurement values from the called fire detector and performing processing according to a pre-entered program; Initiate a gas detection system.
  • detectors are arranged in parallel and unidirectional communication is performed on a single line instead of bidirectional communication in a danger zone where a high risk of disaster occurs.
  • this one-way communication if the (+) and (-) lines are melted by heat or flame and shorted in a situation where a fire or gas leak is detected in an actual danger zone, Power supply and power line communication are both paralyzed.
  • the present invention has been made to meet the above-mentioned problems and demands, and includes a line to which a positive voltage is applied in a fire and gas detection system having a power line communication function installed in a high risk area of a disaster. Even if the lines to which voltage is applied are disconnected or shorted to each other, the function of the fire and gas detection system is to be maintained as much as possible.
  • a fire and gas detection system for installation in a hazardous area having a bidirectional communication function includes a first terminal having a first terminal for outputting a first voltage and a second terminal for outputting a second voltage.
  • a second terminal block having a terminal block and a third terminal for outputting a first voltage and a fourth terminal for outputting a second voltage;
  • a + line connecting the first terminal and the third terminal to each other and a-line connecting the second terminal and the fourth terminal to each other;
  • a second loop line disposed parallel to each other in a form; A first connecting line branched from the + line and connected to the first loop line, and a second connecting line branched from the-line and connected to the second loop line; A barrier disposed on the first connection line and the second connection line and disconnecting the first connection line and the second connection line, respectively, when a short circuit between the first loop line and the second loop line is detected; It is connected to the first loop line and the second loop line within the danger zone, operates by receiving a first voltage, senses the surrounding environment, generates sensing information, and demodulates the first voltage to make a predetermined call.
  • a detector for modulating and transmitting a second voltage upon receiving the information And simultaneously controlling the first and second terminal blocks to demodulate the sensed information transmitted from the detector from a second voltage while modulating and outputting the call information specifying the detector to a first voltage, and demodulating the sensed information.
  • a fire and gas detection alarm processing In response to a fire and gas detection alarm processing.
  • the detector may include at least one of a fire detector, a temperature detector, a smoke detector, a gas detector, an open / close detector, a motion detector, a manual switch, an explosion detector, and a flame detector.
  • the + VDD terminal to which the first loop line is branched and coupled, the -IN terminal to which the second loop line is cut and coupled is coupled, -OUT terminal to which the other end is coupled, and the + VDD
  • the -IN terminal and the -OUT terminal are shorted to each other. If the first voltage is applied to the + VDD terminal and the first voltage is also applied to the -OUT terminal, the -OUT terminal is applied.
  • the display device may further include an isolator circuit including a driving circuit unit to open a terminal to the -IN terminal.
  • the driving circuit of the isolator circuit may include a first diode having an anode coupled to the -OUT terminal, a second diode having an anode coupled to the -IN terminal, and coupled to the first diode and the cathode; A first resistor and a second resistor having one ends coupled to the cathode of the first or second diode, the other end of the first resistor coupled to the circuit, and the emitter having a first switching element coupled to a + VDD terminal and the -OUT.
  • a drain is coupled to the terminal, the source is a second switching element coupled to the other end of the second resistor, a drain is coupled to the -IN terminal, and the source is a third switching element coupled to the other end of the second resistor; One end may be coupled to the collector of the first switching element, and the other end may have a third resistor commonly coupled to the gate of the second switching element and the gate of the third switching element.
  • the first switching element may be a PNP transistor, and the second and third switching elements may be N-channel FETs.
  • the fire and gas detection system for installation in a hazardous area having a bidirectional communication function is a closed loop type track, and a part of the loop shape is disposed in a dangerous area where a risk of disaster is generated and the loop type
  • the other part includes a first loop line and a second loop line parallel to each other disposed in a safety area other than the dangerous area; Is coupled to the first loop line and the second loop line in the safety zone, and applies a first voltage to the first loop line and detects a short circuit between the first loop line and the second loop line.
  • the sensing information is generated by sensing the surrounding environment while operating by receiving the first voltage of the first loop line in the danger zone, and demodulating the first voltage to receive the predetermined call information.
  • CPU to perform gas detection alarm processing.
  • the + VDD terminal to which the first loop line is branched and coupled, the -IN terminal to which the second loop line is cut and coupled is coupled, -OUT terminal to which the other end is coupled, and the + VDD
  • the -IN terminal and the -OUT terminal are shorted to each other. If the first voltage is applied to the + VDD terminal and the first voltage is also applied to the -OUT terminal, the -OUT terminal is applied.
  • an isolator circuit including a driving circuit portion to open a terminal from the -IN terminal, wherein the detector may be connected to the first loop line and the second loop line through the isolator circuit.
  • the line first line or to which the + side voltage (first voltage) disposed in the dangerous zone is applied
  • the power supply and power line communication functions can be maintained to the maximum. It is possible to provide a fire and gas detection system with reliable two-way communication.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a fire detection fire and gas detection system having a bidirectional communication function according to the prior art.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the configuration of a fire and gas detection system for installation in a hazardous area having a bidirectional communication function according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining the basic configuration of the isolator circuit provided in the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an operation principle of an isolator circuit.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an internal circuit configuration of an isolator circuit.
  • 6 is an equivalent circuit diagram for explaining the operation principle of the isolator circuit.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a fire and gas detection system having a bidirectional communication function according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining an operation when a part of the tracks in the danger zone are disconnected in the fire and gas detection system according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a view for explaining an operation when a short circuit occurs in some of the tracks in the danger zone in the fire and gas detection system according to the second embodiment.
  • the fire and gas detection system having a bidirectional communication function is based on the fire and gas detection system implementing the bidirectional communication function disclosed in the above-described prior art. Therefore, the operation and construction principle will be understood with reference to the above prior art.
  • a fire and gas detection system having a bidirectional communication function according to a first embodiment of the present invention
  • the first loop line 11 and the second loop line 12 the terminal block 300, the detector 100, an isolator circuit 200, and a CPU 400.
  • the first connection line 21 and the second connection line 22 for connecting each of the terminal block 300, the first loop line 11 and the second loop line 12, and the first connection line
  • a barrier 250 that regulates the second connection line.
  • the first loop line 11 is a closed loop type track, and a part of the loop shape is disposed to span the danger zone, and the other part of the loop shape may be arranged to pass through the safety zone.
  • the second loop line 12 is the same as the first loop line 11 and is a line configured in parallel with the first loop line.
  • the first loop line 11 and the second loop line 12 may be configured such that all of the loop shapes are disposed in the danger zone.
  • the dangerous area refers to an area having a relatively high risk of a disaster such as a fire or a gas leak in a predetermined space.
  • a space containing an engine or fuel, explosive or volatile It may be a space for accommodating this high harmful substance, a space using fire, or high heat.
  • the International Maritime Organization defines cargo holds, paint stores and confined spaces as hazardous areas.
  • the safety zone is a zone with a relatively low risk of disaster occurrence compared to the dangerous zone, for example, the ship, may be a bedroom, shower, rest room, outside the cabin.
  • the International Maritime Organization defines safety zones other than hazardous areas.
  • the terminal block 300 may be installed and operated in a safety zone, and may be installed on the first loop line 11 through a first connection line 21 connected to one side of the first loop line 11 exposed to the safety zone.
  • the first voltage is applied to the first loop, and similarly, the second voltage is connected to one side of the second loop line 12 disposed in the safety zone to sense a change in current or a voltage (second voltage) through the second connection line 22.
  • the first voltage may be, for example, a DC voltage of 17 to 26V (which may be referred to as + VDD or + voltage), and the second voltage may have a common voltage (or a ground voltage or a specific voltage value). May be referred to as '-voltage').
  • the terminal block 300 may supply operating power to the detector 100 by applying a first voltage through a first connection line under the control of the CPU 400, and may provide predetermined information provided by the CPU 400 (eg, For example, the call information is loaded into the first voltage and transmitted (adding the additional voltage waveform corresponding to the information to be transmitted to the first voltage).
  • information eg, sensing information
  • transmitted from the detector may be received and provided to the CPU. That is, the terminal block 300 monitors the amount of current through the second connection line 22 and analyzes the information transmitted from the detector by using the waveform that appears in the amount of current. Alternatively, the voltage change may be sensed by monitoring the second voltage appearing on the second connection line 22.
  • the detector 100 is mainly arranged in the danger zone to monitor the current state of the surrounding environment.
  • the detector 100 may be, for example, a fire detector, a temperature detector, a smoke detector, a gas detector, an open / close detector, a motion detector, a manual switch, an explosion detector, a flame detector, and the like, and monitor an environmental state corresponding to each function. To generate digital information (ie, sensing information) indicating the result of the monitoring.
  • the detector 100 is operated by receiving a first voltage from the first loop line 11 and a second voltage from the second loop line 12. The detector 100 will continuously monitor while the power is supplied.
  • the detector 100 receives the predetermined call information added to the first voltage by the power line communication method
  • the detector 100 detects a current corresponding to the detected information by using a waveform corresponding to the detected information. Consume according to Due to the current consumption, the terminal block side can receive the information transmitted from the detector.
  • the detector 100 has a resistor with a large load therein and is configured to turn on and off a circuit connection to the resistor in response to the waveform of the sensed information.
  • current consumption by the first voltage occurs in the resistor, and variation in the second voltage occurs due to the current consumption, so that power line communication between the detector 100 and the CPU 400 may be processed.
  • each of the detectors a unique ID can be set, and during operation, the unique voltage set in the manner of separating the voltage added to the first voltage by continuously inspecting the first voltage applied from the first loop line It is configured to monitor whether the ID of is called, and if its ID is called, the current is consumed by consuming a large current using the first voltage by turning on / off an internal load for a predetermined period of time or at the same time as receiving the call information. Transmit currently generated sensing information in such a way that a change in the frequency can be detected.
  • the central processing unit (CPU) 400 controls the operation of the terminal block 300 by controlling the operation of the associated electronic circuit, applies the first voltage and the second voltage to the detector 100, and provides the call information. It loads (modulates) and outputs a pulse or an additional voltage to the first voltage in a period, and unloads the sensing information by detecting a change in current or voltage from the second voltage in another period or at the same time as the transmission. Demodulation). The received detection information is analyzed to determine the current state of the environment around the detector, to determine whether a disaster has occurred, and to effect an alarm corresponding to the result.
  • each detector 100 is coupled to the first loop line 11 or the second loop line 12 through the isolator circuit 200.
  • the isolator circuit 200 adjusts the internal circuit of the isolator circuit 200 when a short occurs between the first loop line 11 and the second loop line 12, and is connected to a point where the short circuit occurs. To open. On the other hand, when the two isolator circuits arranged on both sides of the short circuit point are switched to the disconnected state, the short circuit point can be completely isolated. In other words, the line is as if each isolator circuit is disconnected to the terminal.
  • a fire and gas detection system may maintain power supply and power line communication to the detector 100 when a line in a hazardous area is disconnected, but power may be supplied to the detector 100 when a line is shorted. The operation of the detector is disabled. Therefore, the fire and gas detection system having the bidirectional communication function according to the configuration of the present embodiment is to ensure the operation of the system by disconnecting both sides of the portion when a short circuit occurs in the line by adding the isolator circuit 200.
  • the barrier 250 is disposed between the first connection line 21 and the second connection line 22 to mediate the connection between the terminal block 300 and the fire and gas detection system.
  • the barrier 25 is a terminal block for various problems caused when disconnection or short-circuit of the lines (particularly, the first and second loop lines) constituting the fire and gas detection system, and circuit breakdown or short-circuit caused by the failure of the detector. It is a device that performs a function of blocking the (300) and the CPU (400) side.
  • the barrier 250 detects that a short circuit occurs at the trailing end, that is, the dangerous zone side track, and isolates the track from the front end, that is, the safety zone side track if a short circuit occurs.
  • the barrier 250 allows the short circuit of the line generated in the fire detection and gas detection system to be treated as a disconnection of the line.
  • Such a barrier 250 may be configured using an isolator circuit.
  • the track provided in the hazardous area is configured in the form of a loop, and one or a plurality of detectors (eight in FIG. 2) are arranged in the loop.
  • the first voltage and the second voltage may be normally applied to the respective sensors.
  • normal sensing operation and communication operation of the fire and gas sensing system can be maintained.
  • the fire and gas detection system having the bi-directional communication function according to the first embodiment can operate normally even when disconnection or short circuit occurs at any point of the first loop line and the second loop line disposed in the hazardous area. I can guarantee it.
  • Figure 4 is a view for explaining the basic configuration of the isolator circuit provided in the present invention.
  • the isolator circuit 200 ensures continuity of the first line (which may be the first loop line or the first connection line) and the second line (which may be the second loop line or the second connection line) in the normal state.
  • the + VDD voltage (first voltage) of the first line is reduced by disconnecting at least one line (especially the second line) of the first line and the second line. It operates to block the short circuit with the voltage (second voltage; denoted by -VDD in the drawing).
  • the isolator circuit 200 has a + VDD terminal branched from the first line.
  • the isolator circuit also includes a -IN terminal to which the second line is cut and one end of the cut line is connected, and an -OUT terminal to which one end of the cut line is connected.
  • the isolator circuit 200 can be driven using the + VDD voltage, and in the normal state, the continuity of the second line is ensured by electrically connecting the -IN terminal and the -OUT terminal to each other, and in an abnormal state It operates to disconnect the second line by isolating the -OUT terminal from the + VDD terminal and the -IN terminal.
  • any device connected to the rear end of the isolator circuit can use the + VDD voltage and the -voltage to maintain operation and power line communication.
  • a line short circuit occurs at the rear end of the isolator circuit, whereby the -IN terminal and the -OUT terminal are isolated.
  • the same effect as that of the line disconnected based on the isolator circuit is obtained.
  • the isolator circuit includes a first diode D1 having an anode coupled to a -OUT terminal, and a second diode D2 having an anode coupled to a -IN terminal and coupled with a first diode D1 and a cathode. And a first resistor R1 and a second resistor R2 having one ends coupled to the cathode of the first or second diode, respectively, and the other end of the first resistor R1 coupled to the circuit, and the emitter connected to the + VDD terminal.
  • the first switching element F2 and the drain are coupled to the -OUT terminal and the source is the second switching element F2 coupled to the other end of the second resistor, and the drain is coupled to the -IN terminal and the source is the second.
  • the third switching element F3 coupled to the other end of the resistor R2, one end of which is coupled to the collector of the first switching element F1, and the other end of the gate and the third switching element F3 of the second switching element F2.
  • a third resistor R3 commonly coupled to the gate of the transistor.
  • the first switching device F1 may be a PNP transistor, and the second and third switching devices may be N-channel FETs.
  • Fig. 6A shows a case of operating in a steady state.
  • the + VDD voltage is applied to the + VDD terminal and, for example, -voltage is applied to the -IN terminal and the -OUT terminal
  • (1) -voltage is applied through the switching element F3, and the switching element F3 is applied.
  • the source side line of) becomes-voltage.
  • the voltage applied to the emitter side of the switching element TR1 causes a weak current to flow through the resistor R1 and the resistor R2 through the circuit.
  • a weak current flows through the circuit of the switching element TR1, a voltage is applied to the resistor R3.
  • a voltage is applied to the gates of the switching element F2 and the switching element F3, and the switching element F2 and the switching element F3 are turned on.
  • the negative voltage applied to the switching element F3 flows to the -OUT terminal through the switching element F2 that is turned on.
  • 6B illustrates the operation of the isolator circuit in the case where the + VDD voltage is sensed at the -OUT terminal, that is, in an abnormal state in which the first line and the second line are shorted.
  • the isolator circuit 200 according to an embodiment of the present invention implemented in such a circuit configuration, by connecting the isolator circuit in parallel to the power supply line consisting of the first line and the second line, arranged in the rear end of the isolator circuit (I.e., when -voltage from terminal block is connected to -IN terminal, it can be -OUT terminal side line) . If a short circuit between the 1st line and 2nd line occurs, It can be implemented to behave as if the line is disconnected by disconnecting it. Thus, bidirectional communication function can be maintained even if the power supply line is shorted.
  • the + line 31 and the-line 32 is provided with a first terminal 310 and a second terminal (320) connected to each other and at the same time the first voltage at both terminal blocks
  • Two-way communication is implemented so that a plurality of connected detectors can operate normally even if the + line 31 and the-line 32 are disconnected by performing power line communication by monitoring the second voltage at both terminal blocks at the same time.
  • first loop line 11 and the second loop line are arranged so that a part of the loop passes through the danger zone and the other part of the loop is disposed in the safety zone to complete the closed loop. (12) is arranged, and a second fire and gas detection system in which a plurality of detectors 100 are installed is prepared.
  • a first connection line 21 connecting one side of the + line 31 of the first fire and gas detection system to the first loop line 11 of the second fire and gas detection system disposed in the safety zone.
  • a second connection line 22 is formed to connect the second loop line 12 disposed at one side of the line 32 and the safety area.
  • a barrier 250 is arranged between the first connection line 21 and the second connection line 22 to mediate the connection between the first fire and gas detection system and the second fire and gas detection system.
  • the barrier 25 prevents various problems caused by disconnection or short circuit of the line in the second fire and gas detection system, circuit breakdown or short circuit caused by the failure of the detector, and the second fire and gas detection system is used as the first fire.
  • a device for isolating the gas sensing system isolating the gas sensing system.
  • the barrier 250 detects that a short circuit of the track is generated at the trailing end, that is, the dangerous area side track, and isolates the track if a short circuit occurs. In this way, the barrier 250 allows the short circuit of the track to be treated as a disconnection of the track in the first fire detection and gas detection system.
  • the power supply for the detector in a typical safety zone can be defined as 17 ⁇ 28V.
  • a relative low voltage of 14 to 24 V to prevent sparks or overheating that may occur during line breaks or short circuits.
  • the barrier 250 has a function of converting 17-28V of electric power supplied from the + and ⁇ -line of the first fire and gas sensing system into 14-24V of electric power for use in the second fire and gas sensing system. can do.
  • the barrier 250 may also include a protocol conversion function. That is, the first sensing system is designed to perform power line communication using a signal having an amplitude of 5 to 9 V, for example, such a signal may not be applicable to the second sensing system in a hazardous area due to explosion prevention or the like. have. In this case, a power line communication protocol having an amplitude of 5 to 9 volts transmitted from the line of the first sensing system should be converted into a signal having an amplitude in the voltage range applicable to the hazardous area.
  • each detector disposed in the hazardous area can be protected from the disconnection and short circuit of the track by its isolation circuit, and the plurality of dangerous zones can be protected.
  • Detectors can be protected by a barrier. That is, when the first loop line and the second loop line are short-circuited, it is possible to prevent a situation in which the detectors connected to the line may be damaged.
  • barrier (B) can finally isolate the track of the hazardous area, It is possible to minimize the occurrence of failures in multiple locations affecting the fire and gas detection system in the safety zone.
  • FIG. 8 is a view for explaining an operation when a part of the tracks in the danger zone are disconnected in the fire and gas detection system according to the second embodiment.
  • the 1st to 4th sensors are connected through the upper line A of the first loop line 11 and the 5th to 8th sensors are lowered.
  • the + VDD voltage and the -voltage may be provided from both directions.
  • the power line communication functions of receiving call information by the + VDD voltage and transmitting the sensing information according to the current variation by the -voltage are also effective.
  • FIG. 9 is a view for explaining an operation when a short circuit occurs in some of the tracks in the danger zone in the fire and gas detection system according to the second embodiment.
  • the isolator circuit of the 4th detector and the 5th detector Each of the isolator circuits will isolate the second loop line 12, whereby the line will appear to be disconnected between detectors 4 and 5 as shown in FIG. Therefore, since the line is disconnected, the supply of power and power line communication can be maintained.

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Abstract

본 발명에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템은, 제1 단자대 및 제2 단자대; +선로 및 -선로; 루프 형태의 일부는 재난 발생 위험성이 상대적으로 높은 위험구역내를 걸치도록 배치되고 루프 형태의 나머지는 위험구역 이외인 안전구역에 배치된 제1루프선로 및 제1루프선로와 동일한 형태로 서로 평행하게 배치되는 제2루프선로; 제1연결선로 및 제2연결선로; 제1연결선로 및 제2연결선로에 설치되어, 제1루프선로와 제2루프선로의 단락이 감지되는 경우에 제1연결선로 및 제2연결선로를 각각 단선시키는 배리어; 위험구역내에서 제1루프선로와 제2루프선로에 연결된 감지기; 및 제1전압에 감지기를 지정하는 호출 정보를 변조시켜 출력하면서 제2전압으로부터 감지 정보를 복조하도록 제1 및 제2 단자대를 동시에 제어하고, 복조된 감지 정보에 대응하여 화재 및 가스 감지 경보 처리를 수행하는 CPU를 포함한다.

Description

양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템
본 발명은 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 재난 발생 위험이 상대적으로 높은 위험구역에 설치된 감지기에 대한 전력 공급 및 전력선을 통한 양방향 통신 기능이 재난 발생시에도 유지될 수 있도록 구현한 양방향 통신 기능을 갖는 화재 및 가스 감지 시스템에 관한 것이다.
선박 내외부, 플랜트 또는 건물의 내외부와 같이 대규모 공간에 대한 화재 발생 및 가스 누출 감지 대책으로, 연기의 발생을 감지하는 연기 감지기, 주변 온도를 감지하기 위한 온도 감지기, 화염의 발생을 감지하기 위한 화염 감지기, 연기 발생을 감지하기 위한 연기 감지기 등을 다수 개 설치하고, 각 감지기의 동작에 따라 화재 및 가스 누출의 발생을 감지할 수 있도록 하는 시스템이 구성되어 적용되고 있다.
이와 같은 시스템의 일례로서, 한국등록특허 1311950호(2013.9.17.)(명칭: 양방향 통신 루프를 갖는 화재 감지 화재 및 가스 감지 시스템)(이하, 종래 기술)이 개시되어 있다.
상기 종래 기술에서는, 동작 전압과 디지털 호출 신호를 전송하는 (+)라인과, (+)라인과 평행하게 배열되는 (-)라인을 포함하는 통신 루프; 통신 루프에 접속되어 있으며, 디지털 호출 신호를 분석하여 자신이 호출된 시점에서 측정값을 전류 신호로서 전송하는 화재 감지기; 루프A 단자와 루프B 단자를 구비하고, 동작 전압과 디지털 호출 신호를 (+)라인으로 전송하고, 화재 감지기에 의해 출력된 전류 신호를 (-)라인으로부터 수신하는 인터페이스 유닛; 인터페이스 유닛과 연결되어 있으며, 디지털 호출 신호를 제공하고, 호출한 화재 감지기로부터의 측정값을 수신하여 미리입력된 프로그램에 따른 처리를 수행하는 메인 컨트롤 패널을 포함하는 양방향 통신 루프를 갖는 화재 감지 화재 및 가스 감지 시스템을 개시한다.
하지만, 이렇게 양방향 통신 루프를 이용하는 경우에 있어서, 재난 발생의 위험성이 높은 위험 구역에 대해서는, 양방향 통신이 아닌 단일 선로를 이용하여 감지기들을 병렬로 배치하고 단방향 통신을 구성하고 있다. 이러한 단방향 통신을 사용하게 되면, 실제 위험 구역 내에서 화재가 발생하거나 가스가 누출되어 감지되고 있는 상황에서 (+)라인과 (-)라인이 열이나 화염에 의해 녹아 붙어 단락(short)되는 경우에는, 선로를 통한 전력 공급 및 전력선 통신 기능이 모두 마비된다.
따라서, (+)라인 또는 (-)라인의 단선(open)에 대응할 수 있는 종래 기술과 같은 시스템뿐만 아니라, (+)라인과 (-)라인의 단락에 대응할 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점 및 요구에 대응하기 위한 것으로서, 재난 발생의 위험성이 높은 위험구역 내에 설치된 전력선 통신 기능이 구현된 화재 및 가스 감지 시스템에 있어서 (+)전압이 인가되는 선로와 (-)전압이 인가되는 선로가 각각 단선되거나 서로 단락되는 경우에도 화재 및 가스 감지 시스템의 기능이 최대한 유지될 수 있도록 하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템은, 제1전압을 출력하기 위한 제1단자와 제2전압을 출력하기 위한 제2단자를 구비한 제1 단자대 및 제1전압을 출력하기 위한 제3단자와 제2전압을 출력하기 위한 제4단자를 구비한 제2 단자대; 상기 제1단자와 상기 제3단자를 서로 연결하는 +선로 및 상기 제2단자와 상기 제4단자를 서로 연결하는 -선로; 폐루프 형태로 이루어진 선로로서, 루프 형태의 일부는 재난 발생 위험성이 있는 위험구역내에 배치되고 루프 형태의 나머지는 상기 위험구역 이외인 안전구역에 배치된 제1루프선로 및 상기 제1루프선로와 동일한 형태로 서로 평행하게 배치되는 제2루프선로; 상기 +선로로부터 분기되어 상기 제1루프선로에 연결된 제1연결선로 및 상기 -선로로부터 분기되어 상기 제2루프선로에 연결된 제2연결선로; 상기 제1연결선로 및 상기 제2연결선로에 설치되어, 상기 제1루프선로와 상기 제2루프선로의 단락이 감지되는 경우에 상기 제1연결선로 및 상기 제2연결선로를 각각 단선시키는 배리어; 상기 위험구역내에서 상기 제1루프선로와 상기 제2루프선로에 연결되며, 제1전압을 공급받아 동작하면서 주변환경을 감지하여 감지 정보를 생성하고, 또한, 제1전압을 복조하여 소정의 호출 정보를 수신하면 상기 감지 정보를 제2전압을 변조하여 송신하는 감지기; 및 제1전압에 상기 감지기를 지정하는 상기 호출 정보를 변조시켜 출력하면서 제2전압으로부터 상기 감지기로부터 전송되는 상기 감지 정보를 복조하도록 상기 제1 및 제2 단자대를 동시에 제어하고, 복조된 상기 감지 정보에 대응하여 화재 및 가스 감지 경보 처리를 수행하는 CPU를 포함한다.
또한, 상기 감지기는, 화재 감지기, 온도 감지기, 연기 감지기, 가스 감지기, 개폐 감지기, 움직임 감지기, 수동조작 스위치, 폭발 감지기, 불꽃 감지기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1루프선로가 분기되어 결합되는 +VDD단자와, 상기 제2루프선로를 절단하고 절단된 일측이 결합되는 -IN단자와, 절단된 타측이 결합되는 -OUT단자와, 상기 +VDD단자로 제1전압이 인가되면 상기 -IN단자와 상기 -OUT단자를 서로 연결(short)시키고 만일 상기 +VDD단자로 제1전압이 인가되면서 상기 -OUT단자에도 제1전압이 인가되면 상기 -OUT단자를 상기 -IN 단자와 격리(open)시키는 구동회로부를 포함하는 아이솔레이터 회로를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 아이솔레이터 회로의 상기 구동회로부는, 상기 -OUT단자에 애노드가 결합된 제1다이오드와, 상기 -IN단자에 애노드가 결합되고 상기 제1다이오드와 캐소드끼리 결합된 제2다이오드와, 상기 제1 또는 제2다이오드의 캐소드에 일단들이 각각 결합된 제1저항 및 제2저항과, 회로에는 제1저항의 타단이 결합되고, 이미터는 +VDD단자에 결합된 제1 스위칭소자와, 상기 -OUT단자에 드레인이 결합되고, 소스는 상기 제2저항의 타단에 결합된 제2 스위칭소자와, 상기 -IN단자에 드레인이 결합되고, 소스는 상기 제2저항의 타단에 결합된 제3스위칭 소자와, 및 일단은 상기 제1스위칭소자의 콜렉터에 결합되고, 타단은 상기 제2 스위칭소자의 게이트와 상기 제3스위칭소자의 게이트에 공통으로 결합된 제3저항을 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1스위칭소자는 PNP 트랜지스터이고, 상기 제2 및 제3스위칭소자는 N채널 FET인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템은, 폐루프 형태로 이루어진 선로로서, 루프 형태의 일부는 재난 발생 위험성이 있는 위험구역내에 배치되고 루프 형태의 나머지는 상기 위험구역 이외인 안전구역에 배치된 서로 평행한 제1루프선로 및 제2루프선로; 상기 안전구역의 상기 제1루프선로 및 상기 제2루프선로에 결합되어, 상기 제1루프선로에 제1전압을 인가하고, 상기 제1루프선로와 상기 제2루프선로의 단락이 감지되는 경우에 상기 제1루프선로 및 상기 제2루프선로와의 결합을 해제하는 배리어; 상기 위험구역내에서 상기 제1루프선로의 제1전압을 공급받아 동작하면서 주변환경을 감지하여 감지 정보를 생성하고, 또한, 제1전압을 복조하여 소정의 호출 정보를 수신하면 상기 감지 정보를 상기 제2루프선로의 제2전압을 변조하여 송신하는 감지기; 및 상기 배리어에 결합되어, 제1전압에 상기 감지기를 지정하는 상기 호출 정보를 변조시켜 출력하면서 제2전압으로부터 상기 감지기로부터 전송되는 상기 감지 정보를 복조하고, 복조된 상기 감지 정보에 대응하여 화재 및 가스 감지 경보 처리를 수행하는 CPU를 포함한다.
또한, 상기 제1루프선로가 분기되어 결합되는 +VDD단자와, 상기 제2루프선로를 절단하고 절단된 일측이 결합되는 -IN단자와, 절단된 타측이 결합되는 -OUT단자와, 상기 +VDD단자로 제1전압이 인가되면 상기 -IN단자와 상기 -OUT단자를 서로 연결(short)시키고 만일 상기 +VDD단자로 제1전압이 인가되면서 상기 -OUT단자에도 제1전압이 인가되면 상기 -OUT단자를 상기 -IN 단자와 격리(open)시키는 구동회로부를 포함하는 아이솔레이터 회로를 더 포함하고, 상기 감지기는 상기 아이솔레이터 회로를 통해 상기 제1루프선로 및 상기 제2루프선로에 연결될 수 있다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템에 의하면, 위험구역 내에 배치된 +측 전압(제1전압)이 인가되는 선로(제1선로 또는 제1루프선로)와 -측 전압(제2전압)이 인가되는 선로(제2선로 또는 제2루프선로)가 단선되거나 서로 단락되는 경우에도, 전력 공급 및 전력선 통신 기능이 최대한 유지될 수 있어서, 신뢰성 높은 양방향 통신 기능을 갖는 화재 및 가스 감지 시스템을 제공할 수 있다.
즉, 위험구역 내의 선로를 루프 형태로 구성함으로써, 선로의 단선에 대응할 수 있으며, 아이솔레이터 회로를 적용함으로써 선로의 단락에 대응할 수 있게 된다.
더욱, 위험 구역에 설치되는 선로를 추가적인 아이솔레이터 회로를 통해 격리시킬 수 있도록 구현함으로써, 해당 위험 구역에서 선로에 이상이 생긴 경우에 해당 구역의 감지 시스템을 안전하게 격리시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 화재 감지 화재 및 가스 감지 시스템의 구성 형태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템의 구성을 설명하는 개념도이다.
도 3은 본 발명에서 제공하는 아이솔레이터 회로의 기본 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 아이솔레이터 회로의 동작 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 아이솔레이터 회로의 내부 회로 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 아이솔레이터 회로의 동작 원리를 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 화재 및 가스 감지 시스템의 구성을 설명하는 개념도이다.
도 8은, 제2 실시예에 따른 화재 및 가스 감지 시스템에서 위험 구역 내의 선로 중 일부가 단선된 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 제2 실시예에 따른 화재 및 가스 감지 시스템에서 위험 구역 내의 선로 중 일부에서 단락이 발생한 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 화재 및 가스 감지 시스템은, 상술한 종래 기술에서 개시한 양방향 통신 기능이 구현된 화재 및 가스 감지 시스템을 기반으로 한다. 따라서, 동작 및 구성 원리는 상기의 종래 기술을 참고하여 이해할 수 있을 것이다.
먼저, 도 2를 참조하여, 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 화재 및 가스 감지 시스템의 구성을 설명한다. 도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 화재 및 가스 감지 시스템은, 제1루프선로(11) 및 제2루프선로(12)와, 단자대(300)와, 감지기(100)와, 아이솔레이터 회로(200)와, CPU(400)를 포함하여 구성된다. 또한, 단자대(300)와 제1루프선로(11) 및 제2루프선로(12)의 각각을 연결하기 위한 제1연결선로(21) 및 제2연결선로(22), 그리고, 제1연결선로 및 제2연결선로를 단속하는 배리어(250)를 더 포함할 수 있다.
제1루프선로(11)는, 폐루프 형태로 이루어진 선로로서, 루프 형태의 일부는 위험구역내를 걸치도록 배치되며, 루프 형태의 나머지 일부는 안전구역을 통과하도록 배치될 수 있다.
제2루프선로(12)는, 제1루프선로(11)와 동일한 형태로서, 제1루프선로와 평행하게 구성되는 선로이다. 물론, 제1루프선로(11)와 제2루프선로(12)는 루프 형태 전부가 위험구역에 배치되도록 구성될 수도 있을 것이다.
여기서, 위험구역이라함은, 소정의 공간 중 화재 발생이나 가스 누출과 같은 재난이 발생할 위험성이 상대적으로 높은 구역을 가리키는 것으로서, 선박의 경우를 예로 들면, 기관이나 연료를 수용한 공간, 폭발성 또는 휘발성이 높은 유해 물질을 수용하는 공간, 화기 또는 고열을 이용하는 공간 등일 수 있다. 특히, 국제 해상 기구에서는 화물창, 페인트 저장소, 밀폐 공간을 위험 구역으로 규정하고 있다.
한편, 안전구역이라함은, 위험구역에 비하여 재난 발생 위험성이 상대적으로 낮은 구역으로서, 선박의 예로 들면, 침실, 샤워장, 휴게실, 선실 외부 등일 수 있다. 특히, 국제 해상 기구에서는 위험 구역 이외의 부분을 안전 구역으로 규정하고 있다.
단자대(300)는, 안전구역에 설치되어 운용될 수 있으며, 안전구역으로 노출된 제1루프선로(11)의 일측과 연결되는 제1연결선로(21)를 통해 제1루프선로(11)에 대해 제1전압을 인가하고, 마찬가지로, 안전구역에 배치된 제2루프선로(12)의 일측에 연결되어 제2연결선로(22)를 통해 전류의 변동 또는 전압(제2전압)을 감지한다. 여기서 제1전압은 예를 들면, 17~26V의 직류전압(+VDD, 또는 +전압으로 지칭할 수 있음)일 수 있으며, 제2전압은 공통전압(또는 접지전압, 또는 특정의 전압값을 갖는 전압으로서 '-전압'으로 지칭할 수 있음)일 수 있다.
단자대(300)는 CPU(400)의 제어에 의해, 제1연결선로를 통해 제1전압을 인가하여 감지기(100)에 동작 전력을 공급할 수 있으며, CPU(400)가 제공하는 소정의 정보(예를 들면, 호출 정보)를 제1전압에 로딩하여 전송한다(제1전압에, 전송할 정보에 대응하는 추가적인 전압 파형을 더하여 출력함). 또한, 감지기로부터 전송되는 정보(예를 들면, 감지 정보)를 수신하여 CPU에 제공할 수 있다. 즉, 단자대(300)는 제2연결선로(22)를 통해 전류량을 감시하고, 전류량에 나타나는 파형을 이용하여 감지기로부터 전송되는 정보를 분석한다. 또는 제2연결선로(22)에 나타나는 제2전압을 감시하여 전압 변동을 감지할 수도 있다.
감지기(100)는, 주로 위험구역내에 배치되어 주변환경의 현재 상태를 감시한다. 감지기(100)는 예를 들면, 화재 감지기, 온도 감지기, 연기 감지기, 가스 감지기, 개폐 감지기, 움직임 감지기, 수동조작 스위치, 폭발 감지기, 불꽃 감지기 등일 수 있으며, 각 기능에 대응하는 환경 상태를 감시하고, 감시의 결과를 나타내는 디지털 정보(즉, 감지 정보)를 생성한다.
감지기(100)는, 제1루프선로(11)로부터 제1전압을 공급받고 제2루프선로(12)로부터 제2전압을 공급받아 동작하게 된다. 감지기(100)는 전력이 공급되는 동안 지속적으로 감시 동작을 수행할 것이며, 전력선 통신 방식으로 제1전압에 부가된 소정의 호출 정보를 수신하면, 제1전압에 의한 전류를 감지 정보에 해당하는 파형에 맞추어 소모한다. 전류의 소모에 의해 단자대측에서는 감지기에서 송신하는 정보를 수신할 수 있게 된다. 이를 위하여, 감지기(100)는 내부에 큰 부하를 갖는 저항을 구비하고, 감지 정보의 파형에 대응하여 저항으로의 회로 연결을 온오프시도록 구성된다. 이로써, 저항에서 제1전압에 의한 전류 소모가 발생하고, 이 전류 소모에 의해 제2전압의 변동이 발생하게 됨으로써 감지기(100)와 CPU(400)와의 전력선 통신이 처리될 수 있다.
여기서, 각 감지기들은, 개별적인 고유의 ID가 설정될 수 있으며, 동작중에는 지속적으로 제1루프선로로부터 인가되는 제1전압을 검사하여, 제1전압에 추가되는 전압을 분리하는 방식으로 자체에 설정된 고유의 ID가 호출되는지를 감시하도록 구성되며, 자체의 ID가 호출되었다면, 미리설정된 특정의 주기동안 또는 호출 정보의 수신과 동시에, 내부의 부하를 온오프하여 제1전압을 이용하여 대전류를 소모함으로써 전류의 변동이 감지될 수 있도록 하는 방식으로 현재 생성한 감지 정보를 송신한다.
중앙처리장치(CPU)(400)는 관련된 전자회로의 동작을 제어하여 단자대(300)의 동작을 제어하고, 감지기(100)에 대하여 제1전압 및 제2전압을 인가하고, 호출 정보를 임의의 주기에서 제1전압에 펄스 또는 추가 전압을 싣는 방식으로 로딩(변조)하여 출력하고, 또다른 주기에서 또는 송신과 동시에 제2전압으로부터 전류 또는 전압의 변동을 감지하는 방식으로 감지 정보를 언로딩(복조)한다. 수신된 감지 정보를 분석하여 현재의 감지기 주변 환경 상태를 판단하고, 재난이 발생했는지의 여부를 결정하고, 결과에 대응하는 경보를 발효하는 처리를 수행한다.
한편, 각 감지기(100)들은 아이솔레이터 회로(200)를 통해 제1루프선로(11) 또는 제2루프선로(12)와 결합된다.
아이솔레이터 회로(200)는, 제1루프선로(11)와 제2루프선로(12)가 단락(short)이 발생한 경우, 아이솔레이터 회로(200)의 내부 회로를 조정하여, 단락이 발생한 지점과 연결된 선로를 단선(open)시킨다. 한편, 단락이 발생한 지점의 양측에 배치된 2개의 아이솔레이터 회로를 모두 단선 상태로 전환하게 되면, 단락이 발생한 지점을 완전히 격리시킬 수 있게 된다. 즉, 선로는 각 아이솔레이터 회로를 말단으로 단선된 것과 같게 된다.
일반적으로 화재 및 가스 감지 시스템은, 위험 구역의 선로가 단선된 경우에는 감지기(100)에 대한 전력 공급 및 전력선 통신이 유지될 수 있지만, 선로가 단락된 경우에는 감지기(100)에 전력 공급이 이루어질 수 없어서 감지기의 동작이 불능 상태가 된다. 따라서, 본 실시예의 구성에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 화재 및 가스 감지 시스템은, 아이솔레이터 회로(200)를 추가하여 선로에 단락이 발생한 경우에는 해당 부분의 양측을 단선시킴으로써 시스템의 동작을 보장하는 것이다.
배리어(250)는, 제1연결선로(21)와 제2연결선로(22)의 중간에 배치되어 단자대(300)와 화재 및 가스 감지 시스템의 연결을 중개한다.
즉, 배리어(25)는, 화재 및 가스 감지 시스템을 구성하는 선로(특히, 제1 및 제2 루프선로)의 단선 또는 단락, 감지기의 고장에 따른 회로 단선 또는 단락이 발생할 때 생기는 여러가지 문제점을 단자대(300) 및 CPU(400)측과 차단시키는 기능을 수행하는 장치이다.
특히, 배리어(250)는 후단, 즉, 위험구역측 선로에서 단락이 발생되는 것을 감지하고, 만일, 단락이 발생한 경우에 선로를 전단, 즉, 안전구역 측 선로와 격리시킨다. 이로써, 배리어(250)는, 화재 감지 및 가스 감지 시스템에서 발생한 선로의 단락을 선로의 단선으로 처리되도록 한다. 이와 같은 배리어(250)는 아이솔레이터 회로를 활용하여 구성될 수도 있다.
한편, 본 실시예에서는, 위험구역에 설치되는 선로를 루프 형태로 구성하고, 하나 또는 복수의 감지기(도 2에서는 8개)를 루프 형태의 선로에 배치하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 예를 들면, 4번 감지기와 5번 감지기 사이의 선로에서 단선이 발생하는 경우, 각 감지기들에는 정상적으로 제1전압 및 제2전압이 인가될 수 있을 것이다. 따라서, 화재 및 가스 감지 시스템의 정상적인 감지 동작 및 통신 동작이 유지될 수 있다.
즉, 제1 실시예에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 화재 및 가스 감지 시스템은, 위험 구역에 배치된 제1루프선로 및 제2루프선로의 어느 한 지점에서 단선 또는 단락이 발생하는 경우에도 정상적인 동작을 보장할 수 있다.
이어지는 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 적용되는 아이솔레이터 회로의 구성 및 동작에 대하여 상세히 설명한다. 먼저, 도 4는 본 발명에서 제공하는 아이솔레이터 회로의 기본 구성을 설명하기 위한 도면이다.
아이솔레이터 회로(200)는, 정상 상태에서는 제1선로(제1루프선로 또는 제1연결선로일 수 있음) 및 제2선로(제2루프선로 또는 제2연결선로일 수 있음)의 연속성을 보장하고, 선로의 단락이 감지된 비정상 상태에서는 제1선로 및 제2선로 중 적어도 하나의 선로(특히, 제2선로)를 단선시킴으로써 제1선로의 +VDD 전압(제1전압)이 제2선로의 -전압(제2전압; 도면에서는 -VDD로 표시함)과 단락되는 것을 차단시키도록 동작한다.
이러한 아이솔레이터 회로(200)는 제1선로로부터 분기되는 +VDD 단자를 구비한다. 또한, 아이솔레이터 회로는, 제2선로를 절단하고 절단된 선로 중 일단이 연결되는 -IN 단자와 절단된 선로 중 또하나의 일단이 연결되는 -OUT 단자를 구비한다.
이러한 구성에서, 아이솔레이터 회로(200)는, +VDD 전압을 이용하여 구동할 수 있으며, 정상 상태에서는 -IN 단자와 -OUT 단자를 서로 전기적으로 연결시킴으로써 제2선로의 연속성을 보장하고, 비정상 상태에서는 -OUT 단자를 +VDD 단자 및 -IN 단자로부터 격리시킴으로써 제2선로를 단선(open)시키도록 동작한다.
이러한 동작은, 도 4의 등가 구성도를 참고하여 이해할 수 있는데, -OUT 단자 후단에서의 선로의 단락이 발생한 경우에, -OUT 단자로부터 선로가 단선된 것으로 처리될 수 있도록 구현되는 것을 볼 수 있다.
즉, 도 4(a)에서는 -IN단자와 -OUT단자가 서로 연결되는 형태가 되어, 제1선로와 제2선로가 각각 연속성이 유지되고 있다. 따라서, 아이솔레이터 회로의 후단에 연결된 임의의 장치에서는 +VDD 전압과 -전압을 이용하여 동작 및 전력선 통신을 유지할 수 있게 된다.
한편, 도 4(b)에서는 아이솔레이터 회로의 후단에서 선로의 단락이 발생하여 -IN단자와 -OUT단자가 격리되었다. 이로써, 아이솔레이터 회로를 기준으로 선로가 단선된 것과 동일한 효과를 나타내게 된다.
도 5는 아이솔레이터 회로의 내부 회로 구성을 보여주는 도면이다. 아이솔레이터 회로는, 도시된 바와 같이, -OUT단자에 애노드가 결합된 제1다이오드(D1)와, -IN단자에 애노드가 결합되고 제1다이오드(D1)와 캐소드끼리 결합된 제2다이오드(D2)와, 제1 또는 제2다이오드의 캐소드에 일단들이 각각 결합된 제1저항(R1) 및 제2저항(R2)과, 회로에는 제1저항(R1)의 타단이 결합되고 이미터는 +VDD단자에 결합된 제1 스위칭소자(F2)와, -OUT단자에 드레인이 결합되고 소스는 제2저항의 타단에 결합된 제2 스위칭소자(F2)와, -IN단자에 드레인이 결합되고 소스는 제2저항(R2)의 타단에 결합된 제3 스위칭 소자(F3)와, 일단은 제1스위칭소자(F1)의 콜렉터에 결합되고 타단은 제2 스위칭소자(F2)의 게이트와 제3 스위칭소자(F3)의 게이트에 공통으로 결합된 제3저항(R3)을 구비하여 구성된다.
또한, 제1스위칭소자(F1)는 PNP 트랜지스터이고, 제2 및 제3스위칭소자는 N채널 FET일 수 있다.
이러한 구성의 아이솔레이터 회로의 동작 원리를 설명하기 위한 등가 회로도는 도 6에 도시된 바와 같다.
도 6(a)은, 정상 상태로 동작하는 경우를 도시한다. 먼저, +VDD 단자로 +VDD 전압이 인가되고, -IN 단자 및 -OUT 단자로 예를 들면 -전압이 인가되면, (1)스위칭소자(F3)를 통해 -전압이 인가되어, 스위칭소자(F3)의 소스측 라인이 -전압이 된다. (2)스위칭소자(TR1)의 이미터측에 걸리는 전압은 회로를 통해 저항(R1) 및 저항(R2)을 거쳐 약한 전류가 흐르게 된다. (3)스위칭소자(TR1)의 회로에 약한 전류가 흐르면, 저항(R3)에 전압이 걸리게 된다. (4)스위칭소자(F2)와 스위칭소자(F3)의 게이트에도 전압이 걸리게 되며, 스위칭소자(F2)와 스위칭소자(F3)는 온상태가 된다. (5)스위칭소자(F3)에 인가된 -전압은 온되어 있는 스위칭소자(F2)를 통하여 -OUT 단자로 흐르게 된다.
한편, 도 6(b)은 -OUT단자에서 +VDD 전압이 감지되는 경우, 즉, 제1선로와 제2선로가 단락된 비정상 상태에서의 아이솔레이터 회로의 작용을 설명한다. (1)+VDD 전압이 인가되는 제1선로와 -전압이 연결된 제2선로가 단락되면, 다이오드(D1)를 통해 단락된 전압, 즉, +VDD 전압이 인가된다. (2)저항(R1)을 통해 스위칭소자(TR1)로 +VDD 전압이 인가되면서 스위칭소자(TR1)에서 이미터에서 회로로 전류가 흐르지 않게 된다. (3)따라서, 저항(R3)으로 전류가 흐르지 않아서 전압이 인가되지 않으므로 스위칭소자(F2)는 오프상태가 된다. (4)-전원이 -IN단자로부터 -OUT단자로 흐르지 않게 되므로 -OUT단자는 -IN단자와 격리되는 효과를 나타낸다. 물론, -OUT단자는 +VDD단자와도 직접 연결되어 있는 것이 아니므로, 양 단자들도 서로 격리된 상태이다.
이와 같은 회로 구성으로 구현되는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이터 회로(200)에 따르면, 아이솔레이터 회로를 제1선로와 제2선로로 구성된 전력공급선로에 병렬로 연결시켜 배치함으로써, 아이솔레이터 회로의 후단(즉, 단자대로부터의 -전압이 -IN단자로 연결되는 경우, -OUT단자측 선로일 수 있음)에서 제1선로와 제2선로의 단락이 발생한 경우에, -IN단자와 -OUT단자와의 연결을 해제하여 선로가 단선된 것과 같이 동작하도록 구현될 수 있다. 이로써, 전력공급선로가 단락된 경우에도 양방향 통신 기능이 유지될 수 있게 된다.
이어서, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 통신 기능을 갖는 화재 및 가스 감지 시스템의 구성을 설명한다.
먼저, 종래 기술을 참조할 수 있는 바와 같이 +선로(31)와 -선로(32)가 서로 연결된 제1단자대(310)와 제2단자대(320)를 구비하고 양측의 단자대에서 제1전압을 동시에 출력하고 양측의 단자대에서 동시에 제2전압을 감시하여 전력선 통신을 수행함으로써 +선로(31)와 -선로(32)가 단선되는 경우가 발생하더라도 연결된 복수의 감지기들이 정상 동작할 수 있도록 구현된 양방향 통신 기능을 구현한 제1 화재 및 가스 감지 시스템을 준비한다.
또한, 상기한 제1 실시예와 같이, 일부의 루프가 위험구역내를 통과하도록 배치되고 루프의 나머지 일부는 안전구역에 배치되어 폐루프를 완성하는 제1루프선로(11) 및 제2루프선로(12)를 배치하고, 여기에 복수의 감지기(100)가 설치된 제2 화재 및 가스 감지 시스템을 준비한다.
그리고, 제1 화재 및 가스 감지 시스템의 +선로(31)의 일측과 안전구역에 배치되는 제2 화재 및 가스 감지 시스템의 제1루프선로(11)를 연결하는 제1연결선로(21)와 -선로(32)의 일측과 안전구역에 배치되는 제2루프선로(12)를 연결하는 제2연결선로(22)를 구성한다.
이때, 제1연결선로(21)와 제2연결선로(22)의 중간에는, 제1 화재 및 가스 감지 시스템과 제2 화재 및 가스 감지 시스템의 연결을 중개하는 배리어(250)를 배치한다. 배리어(25)는, 제2 화재 및 가스 감지 시스템에서 선로의 단선 또는 단락, 감지기의 고장에 따른 회로 단선 또는 단락이 발생할 때 생기는 여러가지 문제점을 차단시키며, 제2 화재 및 가스 감지 시스템을 제1 화재 및 가스 감지 시스템과 격리시키는 기능을 수행하는 장치이다.
특히, 배리어(250)는 후단, 즉, 위험구역측 선로에서 선로의 단락이 발생되는 것을 감지하고, 만일, 단락이 발생한 경우에 선로를 격리시킨다. 이로써, 배리어(250)는, 제1 화재 감지 및 가스 감지 시스템에서 선로의 단락을 선로의 단선으로 처리되도록 한다.
한편, 일반적인 안전 구역에서의 감지기를 위한 전원은 17~28V로 정의될 수 있다. 하지만, 위험 구역에서는 선로의 단선 또는 단락시 발생할 수 있는 스파크나 과열을 방지하기 위하여 14~24V의 상대적인 저전압을 사용하도록 규정되어 있다.
따라서, 배리어(250)는, 제1화재 및 가스 감지 시스템의 +선로 및 -선로로부터 공급되는 17~28V의 전력을 제2 화재 및 가스 감지 시스템에서 사용할 14~24V의 전력으로 변환하는 기능을 구비할 수 있다.
또한, 배리어(250)는, 프로토콜 변환 기능도 포함할 수 있다. 즉, 제1 감지 시스템에서는 예를 들면 5~9V의 진폭을 갖는 신호를 이용하여 전력선 통신을 수행하도록 설계되는데, 이러한 신호는 폭발 방지 등의 문제로 위험 구역의 제2 감지 시스템에 적용될 수 없을 수 있다. 이 경우에는, 제1 감지 시스템의 선로에서 송신하는 5~9V의 진폭을 갖는 전력선 통신용 프로토콜을 위험 구역에 적용할 수 있는 전압 범위의 진폭을 갖는 신호로 변환하여야 할 것이다.
이와 같은 구성의 양방향 통신 기능을 갖는 화재 및 가스 감지 시스템에 의하면, 위험구역에 배치된 각각의 감지기들이 각자의 아이솔레이션 회로에 의해 선로의 단선 및 단락으로부터 보호될 수 있을뿐만 아니라, 위험구역 전체의 복수의 감지기들을 배리어에 의해 보호할 수 있다. 즉, 제1루프선로 및 제2루프선로가 단락되었을 때 이 선로에 연결된 감지기들이 손상될 수 있는 상황을 방지할 수 있다.
또한, 위험구역에서 선로의 여러 위치에서 단선 및 단락이 발생하거나 복수의 감지기가 고장나게 되는 경우에, 최종적으로 배리어(B)가 위험구역의 선로를 격리시킬 수 있으므로, 이러한 위험구역에 걸친 선로의 복수 위치에서의 발생한 고장 상황이 안전구역의 화재 및 가스 감지 시스템에 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있게 된다.
도 8은, 제2 실시예에 따른 화재 및 가스 감지 시스템에서 위험구역내의 선로 중 일부가 단선된 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도면에서와 같이 4번 감지기와 5번 감지기의 사이의 선로가 단선되더라도, 1번 내지 4번 감지기는 제1루프선로(11)의 위쪽 선로(A)를 통해서 또한 5번 내지 8번 감지기는 아래쪽 선로(B)를 통해서 +VDD 전압과 -전압을 양방향으로부터 제공받을 수 있을 것이다. 물론, +VDD 전압에 의한 호출 정보 수신과 -전압에 의한 전류 변동에 따른 감지 정보 전송의 전력선 통신 기능도 유효하다.
도 9는, 제2 실시예에 따른 화재 및 가스 감지 시스템에서 위험 구역 내의 선로 중 일부에서 단락이 발생한 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 예를 들면, 도 10(a)과 같이 4번 감지기와 5번 감지기의 사이에서 제1루프선로(11)와 제2루프선로(12)가 단락되었다면, 4번 감지기의 아이솔레이터 회로와 5번 감지기의 아이솔레이터 회로가 각각 제2루프선로(12)를 격리시킬 것이며, 이로써, 선로는 도 10(b)와 같이 4번 감지기와 5번 감지기의 사이에서 단선된 것으로 보일 것이다. 따라서, 선로가 단선되었으므로 전력의 공급 및 전력선 통신은 유지될 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 제1전압을 출력하기 위한 제1단자와 제2전압을 출력하기 위한 제2단자를 구비한 제1 단자대 및 제1전압을 출력하기 위한 제3단자와 제2전압을 출력하기 위한 제4단자를 구비한 제2 단자대;
    상기 제1단자와 상기 제3단자를 서로 연결하는 +선로 및 상기 제2단자와 상기 제4단자를 서로 연결하는 -선로;
    폐루프 형태로 이루어진 선로로서, 루프 형태의 일부는 재난 발생 위험성이 있는 위험구역내에 배치되고 루프 형태의 나머지는 상기 위험구역 이외인 안전구역에 배치된 제1루프선로 및 상기 제1루프선로와 동일한 형태로 서로 평행하게 배치되는 제2루프선로;
    상기 +선로로부터 분기되어 상기 제1루프선로에 연결된 제1연결선로 및 상기 -선로로부터 분기되어 상기 제2루프선로에 연결된 제2연결선로;
    상기 제1연결선로 및 상기 제2연결선로에 설치되어, 상기 제1루프선로와 상기 제2루프선로의 단락이 감지되는 경우에 상기 제1연결선로 및 상기 제2연결선로를 각각 단선시키는 배리어;
    상기 위험구역내에서 상기 제1루프선로와 상기 제2루프선로에 연결되며, 제1전압을 공급받아 동작하면서 주변환경을 감지하여 감지 정보를 생성하고, 또한, 제1전압을 복조하여 소정의 호출 정보를 수신하면 상기 감지 정보를 제2전압을 변조하여 송신하는 감지기; 및
    제1전압에 상기 감지기를 지정하는 상기 호출 정보를 변조시켜 출력하면서 제2전압으로부터 상기 감지기로부터 전송되는 상기 감지 정보를 복조하도록 상기 제1 및 제2 단자대를 동시에 제어하고, 복조된 상기 감지 정보에 대응하여 화재 및 가스 감지 경보 처리를 수행하는 CPU를 포함하는 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지기는, 화재 감지기, 온도 감지기, 연기 감지기, 가스 감지기, 개폐 감지기, 움직임 감지기, 수동조작 스위치, 폭발 감지기, 불꽃 감지기 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1루프선로가 분기되어 결합되는 +VDD단자와, 상기 제2루프선로를 절단하고 절단된 일측이 결합되는 -IN단자와, 절단된 타측이 결합되는 -OUT단자와, 상기 +VDD단자로 제1전압이 인가되면 상기 -IN단자와 상기 -OUT단자를 서로 연결(short)시키고 만일 상기 +VDD단자로 제1전압이 인가되면서 상기 -OUT단자에도 제1전압이 인가되면 상기 -OUT단자를 상기 -IN 단자와 격리(open)시키는 구동회로부를 포함하는 아이솔레이터 회로를 더 포함하는 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아이솔레이터 회로의 상기 구동회로부는,
    상기 -OUT단자에 애노드가 결합된 제1다이오드와,
    상기 -IN단자에 애노드가 결합되고 상기 제1다이오드와 캐소드끼리 결합된 제2다이오드와,
    상기 제1 또는 제2다이오드의 캐소드에 일단들이 각각 결합된 제1저항 및 제2저항과,
    회로에는 제1저항의 타단이 결합되고, 이미터는 +VDD단자에 결합된 제1 스위칭소자와,
    상기 -OUT단자에 드레인이 결합되고, 소스는 상기 제2저항의 타단에 결합된 제2 스위칭소자와,
    상기 -IN단자에 드레인이 결합되고, 소스는 상기 제2저항의 타단에 결합된 제3스위칭 소자와, 및
    일단은 상기 제1스위칭소자의 콜렉터에 결합되고, 타단은 상기 제2 스위칭소자의 게이트와 상기 제3스위칭소자의 게이트에 공통으로 결합된 제3저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1스위칭소자는 PNP 트랜지스터이고,
    상기 제2 및 제3스위칭소자는 N채널 FET인 것을 특징으로 하는 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템.
  6. 폐루프 형태로 이루어진 선로로서, 루프 형태의 일부는 재난 발생 위험성이 있는 위험구역내에 배치되고 루프 형태의 나머지는 상기 위험구역 이외인 안전구역에 배치된 서로 평행한 제1루프선로 및 제2루프선로;
    상기 안전구역의 상기 제1루프선로 및 상기 제2루프선로에 결합되어, 상기 제1루프선로에 제1전압을 인가하고, 상기 제1루프선로와 상기 제2루프선로의 단락이 감지되는 경우에 상기 제1루프선로 및 상기 제2루프선로와의 결합을 해제하는 배리어;
    상기 위험구역내에서 상기 제1루프선로의 제1전압을 공급받아 동작하면서 주변환경을 감지하여 감지 정보를 생성하고, 또한, 제1전압을 복조하여 소정의 호출 정보를 수신하면 상기 감지 정보를 상기 제2루프선로의 제2전압을 변조하여 송신하는 감지기; 및
    상기 배리어에 결합되어, 제1전압에 상기 감지기를 지정하는 상기 호출 정보를 변조시켜 출력하면서 제2전압으로부터 상기 감지기로부터 전송되는 상기 감지 정보를 복조하고, 복조된 상기 감지 정보에 대응하여 화재 및 가스 감지 경보 처리를 수행하는 CPU를 포함하는 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1루프선로가 분기되어 결합되는 +VDD단자와, 상기 제2루프선로를 절단하고 절단된 일측이 결합되는 -IN단자와, 절단된 타측이 결합되는 -OUT단자와, 상기 +VDD단자로 제1전압이 인가되면 상기 -IN단자와 상기 -OUT단자를 서로 연결(short)시키고 만일 상기 +VDD단자로 제1전압이 인가되면서 상기 -OUT단자에도 제1전압이 인가되면 상기 -OUT단자를 상기 -IN 단자와 격리(open)시키는 구동회로부를 포함하는 아이솔레이터 회로를 더 포함하고,
    상기 감지기는 상기 아이솔레이터 회로를 통해 상기 제1루프선로 및 상기 제2루프선로에 연결되는 양방향 통신 기능을 갖는 위험 구역내 설치용 화재 및 가스 감지 시스템.
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