СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЛИНИИ УПРАВЛЯЮЩИХ ЛИНИЙ В СИСТЕМАХ АВАРИЙНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR MEASURING LINE RESISTANCE OF CONTROL LINES IN ALARM AND MANAGEMENT SYSTEMS

L
Изобретение относится к способу измерения сопротивления R линии и, тем самым, определения неисправностей управляющих линий в системе аварийной сигнализации и управления.
L
Кроме того, изобретение относится к устройству для измерения сопротивления R линии и, тем самым, для определения неисправностей управляющих линий в системе аварийной сигнализации и управления.
К системам аварийной сигнализации и управления, таким как системы пожарной сигнализации и системы управления пожаротушением с центрами пожарной сигнализации и управления пожаротушением или системы охранной сигнализации с соответствующими центрами управления, предъявляются высокие требования к надежности и эксплуатационной безопасности систем, чтобы владельцев или операторов подверженных опасности промышленных установок, складских сооружений и иных требующих защиты объектов по возможности своевременно предупреждать перед возникновением крупного ущерба от пожаров, химикатов, диверсии, вторжения или других сценариев опасности и/или чтобы принимать соответствующие контрмеры или автоматически управлять защитными устройствами или средствами тревожной сигнализации. Особое значение здесь имеет управление исполнительными элементами, такими как, например, магнитные клапаны для управления устройствами пожаротушения, или исполнительными элементами, такими как проблесковые светильники и сирены, или исполнительными элементами, выполненными как серводвигатели.
А
Эти исполнительные элементы управляются управляющими устройствами системы аварийной сигнализации и управления посредством питающих линий и/или сигнальных линий, как правило, двухпроводных или многопроводных линий, причем при внештатной ситуации установленное спецификацией управляющее напряжение U подключается к исполнительным элементам. Внештатная ситуация может, например, представлять собой ситуацию пожара, т.е. сигнал обнаружения пожара или распознавания огня или сигнал взлома или диверсии или иной сигнал тревоги или предупреждения.
Поэтому подобные установки должны при различных требованиях и условиях эксплуатации работать в течение длительных периодов времени надежно и бесперебойно. Для этого питающие линии и/или сигнальные линии должны постоянно контролироваться на наличие нарушений функционирования, таких как короткое замыкание и обрыв провода. Такие контролируемые питающие линии и/или сигнальные линии называются первичными линиями или управляющими линиями. В дальнейшем используется термин “управляющие линии”. Однако для надежной эксплуатации также важен контроль на отсутствие или неисправность исполнительных элементов.
EOL
EOL
Контроль питающих линий и/или сигнальных линий на обрыв провода и короткое замыкание осуществляется, например, в системах пожарной сигнализации до сих пор, как правило, посредством малого тока контроля, протекающего через резистор R на конце контролируемой линии, в частности, линии пожарной сигнализации. Этот ток контроля через резистор плюс потребление тока датчиком пожарной сигнализации на линии образует ток покоя, который непрерывно контролируется с центра управления. Если этот ток покоя падает ниже определенного уровня, то центр управления распознает это как обрыв провода на линии и сообщает об этой неисправности. Проблемой при этом является то, что резистор R по отношению к сопротивлению линии является очень высокоомным, так что с помощью этого отношения постепенный обрыв провода, т.е. постепенное увеличение сопротивления линии на несколько Ом очень трудно измерить. Однако это настоятельно требуется согласно стандартам, таким как EN54-серии.
При многолетней эксплуатации систем аварийной сигнализации и управления распознавание так называемого постепенного обрыва провода имеет большое значение. Под постепенным обрывом провода понимается медленное, постепенное повышение сопротивления линии для питающих линий и/или сигнальных линий. Возможными причинами этого медленного, постепенного повышения сопротивления линии являются влияния окружающей среды, такие как влажность и вызывающие коррозию газы, которые приводят к окислению мест контакта проводов и соединительных контактов. Этот постепенный процесс приводит к изменениям тока покоя на соответствующих линиях в диапазоне 0,1 мА и соответствует изменению сопротивления линии лишь от 0,1 Ом до 10 Ом.
Способы и устройства вышеуказанного типа известны из уровня техники. Из ЕР 855261 А1 известны способ и устройство для контроля сигнальной линии системы пожарной сигнализации на наличие неисправностей, причем система пожарной сигнализации при эксплуатации нагружается током линии и имеет конечное звено, образованное TVS-диодом. Осуществляется контроль тока линии и/или напряжения линии. Неисправности сигнальной линии обнаруживаются по кратковременному повышению и кратковременному снижению тока линии. Оценка осуществляется посредством уровней напряжения, но не тока. Процедура оценки выполняется центром пожарной сигнализации, которым также осуществляются повышение и снижение тока линии. Абоненты постоянно снабжаются со стороны центра пожарной сигнализации необходимым рабочим напряжением или управляющим напряжением.
При этом недостатком является то, что нелинейное и температурно-зависимое поведение TVS-диодов на конце линии затрудняет определение абсолютного значения сопротивления линии, особенно если должно устанавливаться увеличение сопротивления лишь на несколько Ом.
WO 2009/087169 раскрывает устройство контроля и способ контроля рабочего состояния питающих линий и/или сигнальных линий системы сигнализации, в частности, системы противопожарной и/или аварийной сигнализации.
Устройство контроля содержит измерительное устройство для генерации сигнала измерения, устройство оценки и управляемый источник сигнала для ввода тестового сигнала в питающие и/или сигнальные линии. Измерительный сигнал включает в себя системный отклик питающих и/или сигнальных линий на тестовый сигнал.
При этом недостатком является то, что это устройство и способ подходят только для относительных измерений сопротивления линии, и обнаружение неисправности, например, постепенного обрыва провода всегда требует калибровки системы при вводе в эксплуатацию, определенное значение системного отклика сохраняется и образует опорное значение для последующих контрольных измерений. Таким образом, повышенные значения сопротивления линии, ввиду неправильного монтажа, не могут быть распознаны.
Документ FR 2932917 А1 раскрывает защитное устройство с центром тревожной сигнализации, двухпроводной линией и конечным модулем линии, причем центр тревожной сигнализации соединен с первым концом линии, а конечный модуль линии (модуль контроля) - со вторым концом линии, и несколько периферийных устройств соединены параллельно между жилами линии. Центр тревожной сигнализации согласно FR 2932917 А1 включает в себя блок управления, средства электропитания и средства измерения, причем средства измерения управляются блоком управления в том отношении, чтобы во время первой фазы контроля распознавать возможное повреждение изоляции линии и во время второго этапа контроля распознавать возможную ошибку потока линии. FR 2932917 А1 раскрывает устройство для обнаружения неисправностей на линии защитного устройства, которое в состоянии контроля снабжает линию с помощью средств питания центра тревожной сигнализации электрической энергией с обратной полярностью, которая сохраняет периферийные устройства неактивными, а в фазах контроля вводит два различных, определенных тока со стороны центра тревожной сигнализации в линию. Конечный модуль линии может принимать два состояния импеданса, которые устанавливаются с помощью датчика для обнаружения сигнала изменения фазы и схемы задержки. Кроме того, FR 2932917 A1 раскрывает, что конечный модуль линии оснащен накопителем энергии, который предназначен исключительно для питания активных компонентов конечного модуля линии.
Документ ЕР 2093737 А1 раскрывает активный нагрузочный модуль линии для контроля импеданса линии электроустановок, в частности, для использования в конце линий пожарной сигнализации, причем между контролируемыми линиями расположены выход постоянного тока со световой индикацией, регулятор напряжения и интеллектуальный электронный компонент таким образом, что интеллектуальный электронный модуль соединен посредством линии с выходом постоянного тока.
Недостатками известного уровня техники являются:
- отсутствие или неточность абсолютного определения сопротивления линии в диапазоне от мОм до нескольких Ом;
- прежние способы и устройства являются дорогостоящими;
- сложность устройств контроля с устройствами измерения и оценки, встроенными в устройство контроля, которые расположены в конце питающей и/или сигнальной линии, на удалении от питающего центра управления, с соответствующими влияниями окружающей среды, делает такие устройства контроля уязвимыми в отношении EMV-влияний или требует дорогостоящих сигнально-технических приложений для их подавления;
- абоненты на питающей и/или сигнальной линии искажают измерение сопротивления линии;
- во время измерения сопротивления линии, колебания напряжения в питающих и/или сигнальных линиях могут исказить определение сопротивления линии;
- отсутствие или неточность способов и устройств для измерения обрыва провода, от постепенного до полного разрыва провода.
L
В основе изобретения лежит задача создать усовершенствованный способ для измерения сопротивления R линии и для определения неисправностей управляющих линий между устройством управления и исполнительным элементом, который устраняет по меньшей мере один недостаток известного уровня техники.
L
Кроме того, в основе изобретения лежит задача создать усовершенствованное устройство для измерения сопротивления R линии и для определения неисправностей управляющих линий между устройством управления и исполнительным элементом, которое устраняет по меньшей мере один недостаток известного уровня техники.
В соответствии с изобретением предложен способ вышеуказанного типа с признаками пункта 1 формулы изобретения и устройство вышеуказанного типа с признаками пункта 9 формулы изобретения. Зависимые пункты 2-8 описывают предпочтительные или преимущественные формы выполнения способа. Зависимые пункты 10-18 описывают предпочтительные или преимущественные формы выполнения устройства.
EOL
L
L
Соответствующий изобретению способ преодолевает проблему обычного способа с оконечным резистором R, который по отношению к сопротивлению R линии является очень высокоомным, и поэтому незначительные изменения сопротивления R линии в диапазоне от мОм до нескольких Ом невозможно измерить.
L
A
М
Изобретение относится к способу измерения сопротивления R линии и, тем самым, для определения неисправностей в системе аварийной сигнализации и управления. Управляющие линии соединяют устройство управления с исполнительным элементом, который посредством устройства управления при внештатной ситуации управляется с управляющим напряжением U. В случае контроля устройство управления питает исполнительный элемент напряжением U контроля.
Внештатная ситуация в предпочтительной форме выполнения является, например, обнаружением пожара в системе пожарной сигнализации и управления пожаротушением. Затем осуществляется управление исполнительным элементом, который выполнен предпочтительно как магнитный клапан и выпускает огнегасящий флюид для тушения пожара.
Устройство управления содержит подключаемый через микроконтроллер выход постоянного тока или подключаемое нагрузочное сопротивление, а также переключающее устройство.
Переключающее устройство предпочтительно управляется микроконтроллером и переключает источники питания, которые предпочтительно встроены в устройство управления, на управляющие линии.
L
M
M
М
Для осуществления способа, кроме того, используется модуль контроля, который расположен в конце управляющих линий на исполнительном элементе или в исполнительном элементе. Начало управляющих линий расположено на устройстве управления. В соответствующем изобретению способе для определения сопротивления R линии, постоянное питание напряжением предоставляется в интервале времени ∆t измерения посредством накопителя энергии, встроенного в модуль контроля, и подается обратно в устройство управления, и во всем интервале времени ∆t измерения переключающее устройство отключает питание напряжением исполнительного элемента с напряжением U контроля со стороны устройства управления.
Начало управляющих линий соединено с соответствующими контактами для электрического соединения с устройством управления, а конец управляющих линий - с исполнительным элементом и модулем контроля.
L
Отключение исполнительного элемента от питания напряжением осуществляется посредством управляемого микроконтроллером переключающего устройства. Исполнительный элемент и управляющие линии, таким образом, со сторон устройства управления переключаются не под напряжением. В предпочтительном варианте осуществления изобретения между устройством управления и модулем контроля включены только управляющие линии с сопротивлением R линии, и не имеется никаких дополнительных резисторов или абонентов в цепи измерительного точка для определения сопротивления линии. Но изобретение не ограничивается этой формой выполнения. В другом предпочтительном варианте осуществления имеется несколько абонентов, например, исполнительных элементов в цепи измерительного тока.
L
M
L
Этот способ имеет то преимущество, что возможно точное и абсолютное определение сопротивления R линии в диапазоне от мОм до нескольких Ом. Влияние колебаний напряжения и влияние других абонентов в интервале времени ∆t измерения, в течение которого измеряется сопротивление R линии, исключаются посредством этого способа.
Предпочтительный вариант осуществления способа отличается тем, что выполняются следующие этапы способа:
М
1
- предоставление напряжения U контроля на контактах устройства управления для электрического соединения управляющих линий на протяжении интервала времени ∆t,
М
1
- зарядка накопителя энергии модуля контроля посредством приложенного напряжения U контроля на протяжении интервала времени ∆t,
М
1
- отключение напряжения U контроля по истечении интервала времени ∆t,
0
- генерация регулируемого напряжения U из накопителя энергии, предпочтительно с регулятором напряжения,
1
1
- измерение результирующего значения напряжения U на контактах с помощью аналого-цифрового преобразователя и сохранение значения напряжения U в памяти,
2
- управление выходом постоянного тока посредством микроконтроллера и приложение значения тока I в управляющие линии,
2
2
- измерение значения напряжения U с помощью аналого-цифрового преобразователя на контактах, которое генерируется в результате приложенного значения тока I,
2
- сохранение значения напряжения U в памяти и
L
- вычисление сопротивления R линии.
М
М
Подключение и отключение и предоставление напряжения U контроля осуществляется с помощью переключающего устройства, которое управляется микроконтроллером и переключает соответствующий источник напряжения для генерации напряжения U контроля на управляющие линии.
М
L
1
2
2
L
Переключающее устройство находится сначала предпочтительно в положении А переключения, в котором модуль контроля запитывается напряжением U контроля. Накопитель энергии предпочтительно заряжается через выпрямитель до значения напряжения контроля. Для определения сопротивления R линии переключающее устройство переключается микроконтроллером в положение В переключения. Модуль контроля теперь находится не под напряжением со стороны устройства управления. Накопитель энергии вводит напряжение обратно в устройство управления, предпочтительно через регулятор напряжения. Там значение этого напряжения измеряется и сохраняется с помощью А/Ц-преобразователя. Это значение соответствует U. Выпрямитель препятствует тому, чтобы накопитель энергии мог непосредственно разряжаться в управляющую линию к устройству управления. Микроконтроллер управляет затем выходом постоянного тока, постоянный ток I которого затем вводится в измерительную цепь в управляющие линии. Накопитель энергии выполнен таким образом, что выходное напряжение регулятора напряжения остается постоянным по меньшей мере до тех пор, пока А/Ц-преобразователем результирующее напряжение U не будет измерено в устройстве управления и сохранено. Значение сопротивления R линии теперь рассчитывается микроконтроллером следующим образом:
L
1
2
2
R=(U–U)/I
2
В альтернативном варианте осуществления значение тока I генерируется посредством подключения нагрузочного резистора. Нагрузочный резистор располагается тогда вместо выхода постоянного тока в устройстве управления и подключается с помощью микроконтроллера.
1
M
Другой предпочтительный вариант осуществления способа отличается тем, что продолжительность времени всех этапов способа по истечении интервала времени ∆t определяет интервал времени ∆t измерения.
L
1
2
2
1
1
1
В предпочтительном варианте осуществления способа вычисление сопротивления R линии осуществляется путем образования частного из разности значений напряжений U–U и разности соответствующих токов I–I. В предпочтительном варианте во время измерения значения напряжения U никакой ток со сторон устройства управления не прикладывается к управляющим линиям, так что I=0 А. Это упрощает способ и устройство.
L
Поскольку управляющие линии, как правило, должны постоянно контролироваться, измерение сопротивления R линии осуществляется периодически. Предпочтительные периоды находятся в диапазоне от 1 до 60 секунд, но также любых другие интервалы времени в диапазоне минут или часов могут быть реализованы в зависимости от условий проекта. Этот контроль может также осуществляться апериодически и/или по запросу.
L
L
В другом варианте осуществления способа соответствующее изобретению определение абсолютного значения сопротивления R линии управляющих линий используется для того, чтобы сигнализировать о неисправностях на управляющих линиях. Для этого посредством микроконтроллера при превышении предопределенного предельного значения для сопротивления R линии генерируется сигнал неисправности, который указывает на неисправность управляющих линий, которая в предпочтительной форме выполнения представляет собой обнаружение постепенного обрыва провода.
L
L
Поскольку абсолютное значение сопротивления R линии определяется соответствующим изобретению способом, также можно путем измерения сопротивления линии после монтажа распознавать неправильный монтаж с повышенными значениями сопротивления R линии управляющих линий как неисправность.
Обнаруженные неисправности управляющих линий индицируются предпочтительно оптически и/или акустически.
M
1
Предпочтительными временами и интервалами времени для протекания соответствующего изобретению способа являются для интервала времени ∆t измерения диапазон от 1 до 100 мс, особенно предпочтительно диапазон от 1 мс до 9 мс, а для интервала времени ∆t диапазон от 1 с до 100 с, особенно предпочтительно диапазон от 5 с до 20 с. Однако времена и интервалы времени с другими значениями могут быть согласованы с соответствующими требованиями.
L
EOL
EOL
EOL
М
В альтернативном варианте осуществления способа измерение сопротивления R линии также может объединяться с обычным контролем посредством нагрузочного резистора R. С этой целью, как и ранее в обычном методе, в модуле контроля дополнительно располагается нагрузочный резистор R. В случае контроля, когда переключающее устройство имеет положение А переключения, этот Rвместе с добавочным резистором источника напряжения для генерации напряжения U контроля в устройстве управления и внутренним сопротивлением исполнительного элемента образует делитель напряжения. Напряжение, которое при этом устанавливается в измерительной цепи устройства управления, измеряется А/Ц-преобразователем и оценивается микроконтроллером.
EOL
Преимущество этого альтернативного варианта осуществления соответствующего изобретению устройства и соответствующего изобретению способа состоит в том, что ток контроля также протекает через исполнительный элемент, и он, следовательно, также контролируется на обрыв провода. Нагрузочный резистор R при этом рассчитан таким образом, что напряжение контроля не может привести к нежелательному управлению исполнительным элементом.
A
A
При управлении исполнительным элементом микроконтроллер переключает переключающее устройство в положение С переключения. Исполнительный элемент в этом положении переключения запитывается управляющим напряжением U, например, напряжением 24 В постоянного тока. В этом предпочтительном варианте дополнительно имеющийся в модуле контроля пороговый переключатель вместе с дополнительно размещенным переключателем обеспечивает то, что нагрузочный резистор замыкается накоротко, и, таким образом, на исполнительном элементе приложено полное управляющее напряжение U.
L
М
Кроме того, изобретение относится к устройству для измерения сопротивления R линии и, тем самым, для определения неисправностей в управляющих линиях в системе аварийной сигнализации и управления. Устройство содержит устройство управления и модуль контроля. Устройство управления содержит подключаемый посредством микроконтроллера выход постоянного тока или подключаемый нагрузочный резистор, переключающее устройство и источник напряжения для генерации напряжения U контроля. Модуль контроля расположен на конце управляющих линий на или в исполнительном элементе. Начало управляющих линий расположено на устройстве управления. Модуль контроля имеет накопитель энергии.
A
L
M
M
М
Устройство управления управляет при внештатной ситуации исполнительным элементом через управляющие линии с управляющим напряжением U. Соответствующее изобретению устройство характеризуется тем, что модуль контроля для определения сопротивления R линии имеет накопитель энергии для генерации и обратной подачи в устройство управления постоянного питания напряжением в интервале времени ∆t измерения и что переключающее устройство и микроконтроллер устроены и выполнены таким образом, что во всем интервале времени ∆t измерения питание напряжением исполнительного элемента с напряжением U контроля отключено со стороны устройства управления.
M
Решающим является то, что устройство выполнено таким образом, что предоставленное от накопителя энергии модуля контроля постоянное напряжение на интервале времени ∆t измерения вводится обратно в устройство управления.
Предпочтительные варианты осуществления устройства описаны в пунктах 9-18 формулы изобретения.
Начало управляющих линий электрически соединено с контактами устройства управления. Конец управляющих линий соединен с соединительными контактами на модуле контроля.
Для размещения модуля контроля на или в исполнительном элементе могут применяться различные формы выполнения. В предпочтительной форме выполнения модуль контроля находится в отдельном корпусе и закреплен через точки электрического соединения непосредственно на исполнительном элементе. Важно, что нет никаких дополнительных соединительных линий между модулем контроля и исполнительным элементом, в которых может возникать постепенный обрыв провода. В другой предпочтительной форме выполнения модуль контроля встроен в корпус исполнительного элемента как вставной или сменный модуль, причем схема исполнительного элемента имеет средства позиционирования для вставки модуля и точки электрического соединения. В особенно предпочтительной форме выполнения модуль контроля встроен в схему исполнительного элемента и, таким образом, представляет собой интегрированный модуль контроля.
М
A
М
М
Устройство управления оснащено подключаемым с помощью микроконтроллера выходом постоянного тока, переключающим устройством, управляемым микроконтроллером, и источником напряжения для генерации напряжения U контроля, аналого-цифровым преобразователем, кратко А/Ц-преобразователем, и памятью. Вместо выхода постоянного тока может также располагаться подключаемый нагрузочный резистор. Переключающее устройство предпочтительно является электронным, предпочтительно с 3 положениями переключения А, В и С. Устройство управления дополнительно включает в себя источник напряжения для генерации управляющего напряжения Uисполнительного элемента. В положении А переключения переключающего устройства к контактам в начале управляющих линий прикладывается напряжение U контроля. В положении В переключения переключающего устройства к контактам в начале управляющих линий не приложено никакое напряжение, то есть питание напряжением исполнительного элемента в этом положении В переключения отключено со стороны устройства управления, в частности, напряжение U контроля.
Память может быть интегрирована в микроконтроллер или другой микроконтроллер или микропроцессор устройства управления или может быть выполнена в виде отдельного компонента.
M
L
Модуль контроля включает в себя накопитель энергии для генерации постоянного питания напряжением в интервале времени ∆t измерения для определения сопротивления R линии. Предпочтительно модуль контроля также включает в себя выпрямитель и регулятор напряжения. В особенно предпочтительной форме выполнения этот накопитель энергии является соответственно рассчитанным конденсатором. В предпочтительном варианте значение емкости конденсатора находится в диапазоне от 1 мкФ до 1000 мкФ.
М
Этот накопитель энергии в нормальном режиме, то есть в случае контроля, когда не осуществляется управление исполнительным элементом, заряжается напряжением U контроля до определенного напряжения. Это напряжение в предпочтительном варианте находится в диапазоне от 2 В до 15 В, в особенно предпочтительном варианте равно 10 В. В качестве регуляторов напряжения используются коммерчески доступные регуляторы в диапазоне напряжений от 2,5 В до 9 В, предпочтительно регулятор напряжения на 3,3 В.
Собственно контроль линии осуществляется тогда циклически, например каждые 10 секунд, следующим образом, для чего предназначено и соответственно выполнено соответствующее изобретению устройство:
М
- Напряжение U контроля исполнительного элемента отключается со стороны устройства управления.
- Накопитель энергии модуля контроля предоставляет теперь напряжение, до которого он был заряжен, и подает его обратно в устройство управления.
1
- Устройство управления измеряет и сохраняет значение напряжения U.
2
- Затем выход постоянного тока управляется значением тока I, предпочтительно 100 мА. Оно также обеспечивается из накопителя энергии.
2
- Затем следует повторное измерение значения напряжения U в устройстве управления.
При выполнении модуля контроля с регулятором напряжения последний запитывается из накопителя энергии и подает отрегулированное напряжение обратно в устройство управления.
L
L
1
2
2
1
1
Значение сопротивления R линии теперь рассчитывается в устройстве управления согласно следующему правилу расчета: R=(U-U)/(I–I). Значение тока I в данном варианте контроля выполнения равно нулю. Измерение, однако, альтернативно может выполняться с двумя разными постоянными токами.
L
2
1
Например, сопротивление линии R=1 Ом со значениями I=100 мА, I=0 мА дает следующую разность напряжений:
L
2
1
ΔU=R ⋅ (I–I)=1 Ом · 100 мА=0,1 В
В предпочтительном варианте осуществления, в устройстве управления применяется простой 8-битный аналого-цифровой преобразователь, имеющий диапазон преобразования 3,3 В. Таким образом, с разрешением 13 мВ/бит регистрируются сопротивления линии с шагами 130 мОм.
М
A
Предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что устройство управления выполнено и сконструировано таким образом, что переключающее устройство управляется микроконтроллером для подключения и отключения питания напряжением исполнительного элемента, предпочтительно напряжения U контроля и/или для управления исполнительным элементом с управляющим напряжением U при внештатной ситуации.
L
Дальнейший предпочтительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что устройство управления выполнено с возможностью периодического и/или апериодического измерения сопротивления R линии и/или для измерения по запросу.
EOL
EOL
М
A
Дополнительный предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что модуль контроля имеет нагрузочный резистор R, включенный последовательно внутреннему сопротивлению исполнительного элемента, пороговый переключатель и переключатель, причем нагрузочный резистор R рассчитан таким образом, что при приложении напряжения U контроля, напряжение, приложенное к исполнительному элементу, лежит ниже минимального управляющего напряжения U.
EOL
М
В случае контроля (переключающее устройство в положении А переключения) в этом другом усовершенствованном варианте соответствующего изобретению устройства, нагрузочный резистор Rвместе с добавочным резистором или внутренним сопротивлением источника напряжения для генерации напряжения U контроля в устройстве управления и внутренним сопротивлением исполнительного элемента образует делитель напряжения. Устройство управления при этом выполнено таким образом, что при приложении напряжения контроля напряжение, которое при этом устанавливается на контактах для электрического соединения управляющих линий с устройством управления, может измеряться аналого-цифровым преобразователем и оцениваться микроконтроллером. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что ток контроля также протекает через исполнительный элемент, и он, следовательно, также контролируется на обрыв провода.
EOL
М
A
A
EOL
A
Нагрузочный резистор R при этом рассчитан таким образом, что напряжение U контроля не может привести к нежелательному управлению исполнительным элементом, при этом напряжение, приложенное к исполнительному элементу, лежит ниже минимального управляющего напряжения исполнительного элемента. Устройство управления в этом варианте выполнения выполнено таким образом, что при внештатной ситуации при управлении исполнительным элементом с управляющим напряжением U микроконтроллер управляет переключающим устройством и переключает управляющее напряжение U на контакты для электрического соединения управляющих линий с устройством управления. Пороговый переключатель вместе с переключателем обеспечивает то, что нагрузочный резистор Rзамыкается накоротко, и, таким образом, на исполнительном элементе приложено полное управляющее напряжение U.
L
Другой предпочтительный вариант осуществления соответствующего изобретению устройства отличается тем, что устройство управления устроено и сконструировано так, что при превышении предопределенного предельного значения для сопротивления R линии, микроконтроллером генерируется сигнал неисправности, который указывает на неисправность управляющих линий.
В предпочтительном варианте осуществления сигналом неисправности управляются оптические и/или акустические средства индикации, при этом управляющее устройство выполнено с возможностью генерации одного или более сообщений о неисправностях.
М
L
M
L
Накопитель энергии соответствующего изобретению устройства предпочтительно выполнен как конденсатор. Он заряжается при приложении напряжения U контроля со стороны устройства управления. Посредством регулятора напряжения этот конденсатор предоставляет постоянное питание напряжением для измерения сопротивления R линии. В дальнейших предпочтительных вариантах осуществления накопитель энергии выполнен в виде батареи или аккумулятора. Все формы выполнения накопителя энергии рассчитываются таким образом, что они обеспечивают постоянное питание напряжением во всем интервале времени Δt измерения для измерения сопротивления R линии.
В предпочтительном варианте осуществления система аварийной сигнализации и управления представляет собой систему пожарной сигнализации и/или управления пожаротушением.
A
L
В этом случае внештатной ситуацией является обнаружение пожара посредством пожарного извещателя системы пожарной сигнализации. Система управления пожаротушением предпочтительно выполнена как центр пожарной сигнализации и управления пожаротушением с управляемыми исполнительными элементами. Одной формой выполнения исполнительного элемента является магнитный клапан. Управление магнитным клапаном по управляющим линиям путем приложения управляющего напряжения U при внештатной ситуации обеспечивает подачу огнегасящего флюида для тушения пожара. Для обеспечения этой важной функции этот предпочтительный вариант осуществления соответствующего изобретению устройства измеряет сопротивление R линии управляющих линий и контролирует их на неисправности. В этом предпочтительном варианте осуществления является предпочтительным, когда устройство управления выполнено в качестве компонента центра пожарной сигнализации и управления пожаротушения.
Это предпочтительно реализуется тем, что устройство управления представляет собой модуль блока управления центра пожарной сигнализации и управления пожаротушением или выполнено как абонент кольцевой шины. Также вариантом выполнения является устройство управления в качестве модуля абонентов кольцевой шины.
А
Модуль блока управления управляет исполнительными элементами, такими как магнитные клапаны или датчики сигнализации, акустические или оптические, управляющие магниты, катушки контакторов, двигатели и аналогичные устройства. Исполнительный элемент или исполнительные элементы соединены с модулем блока управления через управляющие линии, через которые предоставляется требуемое рабочее напряжение или управляющее напряжение U для функционирования и активации соответствующего исполнительного элемента. Случаем управления является внештатная ситуация, такая как обнаружение пожара или предупредительная сигнализация или иная ситуация.
L
Управляющие линии к исполнительному элементу контролируется путем измерения сопротивления R линии на обрыв и короткое замыкание. Предпочтительным образом контроль дополнительно охватывает присутствие и предписываемое состояние подключенных исполнительных элементов.
При обнаружении пожара соответствующий функциональный модуль центра пожарной сигнализации регистрирует сигнал пожарного извещателя, затем через центральный вычислительный блок центра пожарной сигнализации команда отправляется в модуль блока управления, который затем включает магнитный клапан на устройстве пожаротушения и, таким образом, высвобождает огнегасящий флюид, который поступает через сопла для тушения пожара.
Модуль блока управления и модуль абонентов кольцевой шины оснащены соответственно по меньшей мере одним программируемым микроконтроллером, памятью, А/Ц-преобразователем и по меньшей мере одной электронной схемой или измерительной цепью для контроля управляющих линий и/или сигнальных линий на обрыв провода и короткое замыкание.
Модуль абонентов кольцевой шины соединен с по меньшей мере одним абонентским шлейфом. Через соединительную линию, сигнальную линию, которая обеспечивает как энергоснабжение, так и передачу данных, подключены индивидуально адресуемые абоненты, так называемые абоненты кольцевой шины. Абонентами кольцевой шины являются, например, внешние элементы переключения или датчиков, пожарные извещатели, детекторы опасности, исполнительные элементы и управляющие устройства, которые выполнены в качестве адресуемого модуля. В случае технологии кольцевой шины сигнальная линия в предпочтительном варианте выполнена в виде замкнутой линии кольцевой шины. Это имеет то преимущество, что при прерывании этой сигнальной линии, например при обрыве провода, энергоснабжение и связь с адресуемыми абонентами обеспечивается с обеих сторон бывшего кольца через модуль абонентов кольцевой шины. В другом варианте эта сигнальная линия выполнена как тупиковая линия (шлейф) для абонентов кольцевой шины.
В другом альтернативном варианте осуществления устройство управления является адресуемым модулем.
В другом варианте осуществления устройства этот адресуемый модуль выполнен как абонент на линии кольцевой шины центра пожарной сигнализации и управления пожаротушением и представляет собой абонента кольцевой шины.
Передача данных между модулем абонентов кольцевой шины и абонентами кольцевой шины происходит в предпочтительном варианте через сигнальные линии и через контроллер передачи данных, предпочтительно в последовательной битовой форме и полудуплексным методом. При этом информация данных модулирует питание напряжением, предоставленное от модуля абонентов кольцевой шины.
Схема электронной плоскостной компоновки модуля абонентов кольцевой шины и программирование соответствующего процессора данного модуля разработаны и выполнены так, что сигнальные линии исследуются непрерывно или через равные промежутки времени на обрыв провода и короткое замыкание. Если обрыв провода или короткое замыкание обнаруживается, то об этом сообщается по шине на центральный блок управления, ситуация сохраняется в памяти, и центральный блок управления управляет индикацией обрыва провода или короткого замыкания на блоке индикации и управления.
L
Другим объектом изобретения является центр пожарной сигнализации и управления пожаротушением с устройством для измерения сопротивления R линии и, тем самым, для определения неисправностей управляющих линий в системе аварийной сигнализации и управления по пункту 9 формулы изобретения.
М
M
L
M
Устройство содержит устройство управления, в котором расположены подключаемый через микроконтроллер выход постоянного тока или подключаемый нагрузочный резистор, переключающее устройство и источник напряжения для генерации напряжения U контроля, а также модуль контроля. Модуль контроля размещен на конце управляющих линий на или в исполнительном элементе, причем начало управляющих линий расположено на устройстве управления. Центр управления пожаротушением, в частности, отличается тем, что модуль контроля имеет накопитель энергии для генерации и обратного ввода в устройство управления постоянного питания напряжением в интервале времени ∆t измерения сопротивления R линии и что переключающее устройство и микроконтроллер устроены и выполнены так, что во всем интервале времени ∆t измерения питание напряжением исполнительного элемента отключено со стороны управляющего устройства.
L
Предпочтительные варианты осуществления соответствующего изобретению центра управления пожаротушением содержат устройство для измерения сопротивления R линии и, тем самым, для определения неисправностей управляющих линий по любому из пунктов 10-18 формулы изобретения.
L
Еще одним объектом изобретения является способ контроля противопожарных установок, в частности, определения неисправностей управляющих линий путем измерения сопротивления R линии согласно пункту 1 формулы изобретения.
А
М
L
M
M
М
Управляющие линии соединяют устройство управления с исполнительным элементом, и устройство управления управляет исполнительным элементом, когда происходит событие, с помощью управляющего напряжения U, а в случае контроля оно запитывает исполнительный элемент напряжением U контроля. На или в исполнительном элементе на конце управляющих линий расположен модуль контроля, причем, кроме того, устройство управления имеет подключаемый микроконтроллером выход постоянного тока или подключаемый нагрузочный резистор и переключающее устройство, и начало управляющих линий расположено на устройстве управления. Способ, в частности, отличается тем, что для определения сопротивления R линии постоянное питание напряжением на интервале времени Δt измерения предоставляется встроенным в модуль контроля накопителем энергии и обратно вводится в устройство управления, и во всем интервале времени ∆t измерения переключающее устройство отключает питание напряжением исполнительного элемента с напряжением U контроля со стороны управляющего устройства.
L
Предпочтительные варианты осуществления соответствующего изобретению способа контроля противопожарных установок используют способ измерения сопротивления R линии и, тем самым, определения неисправностей управляющих линий в системе управления пожаротушением согласно любому из пунктов 2-8 формулы изобретения.
С помощью соответствующего изобретению способа и соответствующего изобретению устройства достигаются следующие преимущества:
L
- Сопротивление R линии может регистрироваться с помощью предложенного способа в диапазоне миллиом (мОм). Если, например, применяется выход тока на 100 мА, измеренная разность напряжений 100 мВ соответствует сопротивлению линии 1 Ом. Таким образом, с помощью экономичного 8-битового А/Ц-преобразователя разрешаются значения порядка 10 мОм. Требования для распознавания постепенных обрывов проводов, например, таковые из серии стандартов EN54, могут выполняться с малыми издержками и экономично по затратам.
- Устройство и способ являются экономически эффективными, поскольку по сравнению с прежней технологией добавлено лишь несколько компонентов. Схема оценки расположена в устройстве управления. Могут использоваться необходимые для измерения напряжения компоненты и необходимый для оценки микроконтроллер устройства управления.
- Соответствующий изобретению способ является совместимым с применяемой в настоящее время технологией. Модуль контроля выполнен в предпочтительном варианте так, что он может быть заменен путем замены старых модулей в или на исполнительных элементах.
L
- Сопротивление R линии регистрируется с помощью технических измерений в качестве абсолютного значения сопротивления и может индицироваться.
- Незначительная сложность модуля контроля с несколькими компонентами, который находится в конце питающей и/или сигнальной линии, управляющей линии, и подвергается воздействиям окружающей среды, делает соответствующие изобретению устройства менее восприимчивым к EMV-воздействиям.
- Соответствующий изобретению способ гарантирует, что во время измерения сопротивления линии никакие колебания напряжение на питающих и/или сигнальных линиях не искажают определение сопротивления линии.
Другие предпочтительные или целесообразные признаки и варианты осуществления изобретения станут очевидными из зависимых пунктов формулы и из описания. Предпочтительные и преимущественные формы выполнения описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:
L
Фиг. 1 - блок-схема устройства для измерения сопротивления R линии;
Фиг.2 - блок-схема второго примера выполнения;
Фиг. 3 – схематичное представление устройства управления в виде модуля блока управления центра пожарной сигнализации и управления пожаротушением;
Фиг. 4 – схематичное представление устройства управления в качестве адресуемого модуля на линии кольцевой шины центра пожарной сигнализации и управления пожаротушением.
L
Особенно предпочтительный вариант осуществления устройства для измерения сопротивления R 7 линии и, таким образом для определения неисправностей управляющих линий 16 в системе аварийной сигнализации и управления схематично показан на фиг. 1. Устройство содержит две функциональные части, устройство 20 управления и модуль 21 контроля, который расположен на конце управляющих линий 16 на или в исполнительном элементе 10, причем начало управляющих линий 16 расположено на контактах 17 на устройстве 20 управления. Конец управляющих линий на соединительных контактах 18 соединен с модулем 21 контроля.
Для расположения модуля 21 контроля на или в исполнительном элементе 10 применяются различные формы выполнения, которые не показаны. В предпочтительной форме выполнения модуль 21 контроля находится в отдельном корпусе и через точки 19 электрического соединения непосредственно закреплен на исполнительном элементе 10. Важно, что никаких дополнительных соединительных линий не имеется между модулем 21 контроля и исполнительным элементом 10, в которых может возникать постепенный обрыв провода. В другой предпочтительной форме выполнения модуль 21 контроля встроен в корпус исполнительного элемента 10 в качестве вставного и сменного модуля, причем схема исполнительного элемента 10 имеет средства позиционирования для вставки модуля и точки 19 электрического соединения. В особенно предпочтительной форме выполнения модуль 21 контроля встроен в схему исполнительного элемента 10 и, таким образом, представляет собой интегрированный модуль 21 контроля. Как для варианта осуществления модуля 21 контроля в виде сменного модуля, так и в виде интегрированного модуля 21 контроля соединительные контакты 18 находятся на или в корпусе исполнительного элемента 10.
М
А
М
Устройство 20 управления содержит подключаемый посредством микроконтроллера 1 выход 6 постоянного тока, переключающее устройство 5 и источник 4 напряжения для генерации напряжения U контроля. Вместо выхода 6 постоянного тока может также располагаться подключаемый нагрузочный резистор. Кроме того, в устройстве 20 управления расположено переключающее устройство 5, предпочтительно электронное, с тремя положениями переключения A, B и C, а также память 22. Устройство 20 управления также имеет источник 3 напряжения для генерации управляющего напряжения U исполнительного элемента 10. В положении А переключения переключающего устройства 5 на контактах 17 в начале управляющих линий 16 приложено напряжение U контроля. В положении В переключения переключающего устройства 5 на контактах 17 в начале управляющих линий 16 не приложено никакого напряжения, т.е. питание напряжением исполнительного элемента 10 отключается со стороны устройства 20 управления.
Память 22 может быть интегрирована в микроконтроллер 1 или в другой микроконтроллер или микропроцессор устройства 20 управления или может быть выполнена в виде отдельного компонента.
M
L
Как показано на фиг. 1, модуль 21 контроля имеет накопитель 9 энергии для генерации постоянного питания напряжением в интервале времени ∆t измерения для определения сопротивления R 7 линии. В особенно предпочтительной форме выполнения этот накопитель 9 энергии является соответственно рассчитанным конденсатором.
M
Переключающее устройство 5 и микроконтроллер 1 созданы и сконструированы таким образом, что во всем интервале времени ∆t измерения питание напряжением исполнительного элемента 10 отключено со стороны устройства 20 управления. Для этого в микроконтроллере 1 реализуется соответствующее программное обеспечение. Переключающее устройство 5 находится при этом в положении В переключения, показанном на фиг. 1.
А
А
Устройство 20 управления устроено и выполнено таким образом, что переключающее устройство 5 может управляться микроконтроллером 1 для подключения и отключения питания напряжением, в частности, напряжения контроля исполнительного элемента 10 и/или для управления исполнительным элементом 10 с управляющим напряжением U при внештатной ситуации. Для предоставления управляющего напряжения U переключающее устройство 5 переключается в положение С переключения.
L
Посредством реализованного в микроконтроллере 1 программного обеспечения устройство 20 управления выполнено так, что сопротивление R 7 линии измеряется периодически и/или апериодически и/или измеряется по запросу.
L
EOL
М
EOL
М
На фиг. 2 схематично представлен альтернативный вариант соответствующего изобретению устройства для измерения сопротивления R 7 линии. В модуле 21 контроля дополнительно размещен нагрузочный резистор R 12 в последовательном соединении с внутренним сопротивлением исполнительного элемента 10. В показанном случае контроля переключающее устройство 5 имеет положение А переключения для предоставления напряжения U контроля, и нагрузочный резистор R 12 вместе с добавочным резистором 15 источника 4 напряжения для генерации напряжения U контроля в устройстве 20 управления и внутренним сопротивлением исполнительного элемента 10 образует делитель напряжения. Напряжение, которое при этом устанавливается в измерительной цепи устройства 20 управления, измеряется посредством А/Ц-преобразователя 2 и оценивается с помощью микроконтроллера 1.
А
В обоих вариантах выполнения соответствующего изобретению устройства по фиг. 1 и фиг. 2 микроконтроллер переключает переключающее устройство 5 в положение С переключения при управлении исполнительным элементом 10 при внештатной ситуации. При этом исполнительный элемент 10 запитывается управляющим напряжением U, например, постоянным напряжением 24 В.
EOL
А
В варианте выполнения, показанном на фиг. 2, дополнительно расположенный в модуле 21 контроля пороговый переключатель 14 вместе с дополнительно расположенным переключателем 13 обеспечивает то, что нагрузочный резистор R 12 замыкается накоротко, и на исполнительном элементе 10, таким образом, при внештатной ситуации приложено полное управляющее напряжение U.
Другой вариант выполнения соответствующего изобретению устройства показан на фиг. 3. Устройство 20 управления в этом случае выполнено как адресуемый модуль пожарной сигнализации на линии кольцевой шины центра 23 пожарной сигнализации и управления пожаротушением. Линия кольцевой шины соединена по питанию и сигнально-технически с модулем 25 абонентов кольцевой шины, который предпочтительно расположен в центре 23 пожарной сигнализации и управления пожаротушением. На этой линии кольцевой шины расположены другие адресуемые абоненты 27 кольцевой шины, предпочтительно пожарные извещатели. Устройство 20 управления, выполненное как адресуемый модуль, таким образом, само является абонентом 27 кольцевой шины. Это имеет преимущество, состоящее в том, что сообщения о неисправностях для установленного постепенного обрыва провода снабжаются адресом, и, таким образом, имеет место соотнесение сообщения о неисправности для определенной управляющей линии в здании с определенным местом.
На фиг. 4 схематично представлен другой предпочтительный вариант осуществления соответствующего изобретению устройства. Устройство 20 управления в этом случае представляет собой модуль 24 блоков управления центра 23 пожарной сигнализации и управления пожаротушением и, таким образом, является составной частью центра 23 пожарной сигнализации и управления пожаротушением.
На основе представления функциональных элементов соответствующего изобретению устройства на фиг. 1 далее будет пояснен соответствующий изобретению способ в особенно предпочтительном варианте осуществления.
М
М
L
В положении А переключения переключающего устройства 5 накопитель 9 энергии модуля 21 контроля в нормальном режиме работы, то есть в случае контроля, когда не производится управление исполнительным элементом 10 при внештатной ситуации, заряжается напряжением U контроля до определенного напряжения. Это напряжение U контроля обеспечивается источником 4 напряжения. Измерение сопротивления R 7 линии и, таким образом, контроль линии на наличие неисправности предпочтительно осуществляется циклически следующим образом:
М
M
M
1
2
- Напряжение U контроля исполнительного элемента 10 отключается со стороны устройства 20 управления посредством переключения переключающего устройства 5 в положение В переключения. Переключающее устройство 5 остается в этом положении В переключения в течение всего интервала времени ∆t измерения. В этом интервале времени Δt измерения измеряются напряжения U и U.
1
- Регулятор 8 напряжения модуля 21 контроля запитывается теперь из накопителя 9 энергии и вводит отрегулированное постоянное напряжение обратно в устройство 20 управления. Это значение U напряжения измеряется устройством 20 управления посредством А/Ц-преобразователя 2 и микроконтроллера 1 и сохраняется в памяти 22.
2
- Затем выход 6 постоянного тока управляется с помощью значения тока I. Также этот выход 6 постоянного тока запитывается из накопителя 9 энергии и регулятора 8 напряжения.
2
L
- Теперь осуществляется повторное измерение напряжения со значением U в устройстве 20 управления, и микроконтроллер 1 рассчитывает в соответствии с заданным правилом расчета сопротивление R 7 линии.
L
L
M
M
Способ для измерения сопротивления R 7 линии и, таким образом, определения неисправностей управляющих линий 16 в системе аварийной сигнализации и управления, в частности, отличается тем, что для определения сопротивления R 7 линии предоставляется постоянное питание напряжением в интервале времени Δt измерения посредством встроенного в модуль 21 контроля накопителя 9 энергии, и во всем интервале времени ∆t измерения переключающее устройство 5 отключает питание напряжением исполнительного элемента 10 со стороны устройства 20 управления.
Более детально, выполняются следующие основные этапы способа:
М
1
- обеспечение напряжением U контроля на контактах 17 устройства 20 управления для электрического соединения управляющих линий 16 на протяжении интервала времени Δt,
М
1
- зарядка накопителя 9 энергии модуля 21 контроля посредством приложенного напряжения U контроля на протяжении интервала времени ∆t,
М
1
- отключение напряжением U контроля по истечении интервала времени ∆t,
0
- генерация отрегулированного напряжения U из накопителя 9 энергии с помощью регулятора 8 напряжения,
1
1
- измерение результирующего значения напряжения U на контактах 17 с помощью А/Ц-преобразователя 2 и сохранение значения напряжения U в памяти 22,
2
- управление выходом 6 постоянного тока посредством микроконтроллера 1 и приложение значения тока I в управляющие линии 16,
2
2
- измерение значения напряжения U с помощью А/Ц-преобразователя 2 на контактах 17, которое образуется в результате приложенного значения тока I,
2
- сохранение значения напряжения U в памяти 22 и
L
- вычисление сопротивления R 7 линии.
М
Обеспечение напряжения U контроля предпочтительно производится путем переключения переключающего устройства 5.
Этот соответствующий изобретению способ предпочтительно может быть осуществлен со всеми показанными на фиг. 1-4 вариантами осуществления соответствующего изобретению устройства, но не ограничивается этими устройствами.
Перечень ссылочных позиций
1 микроконтроллер
2 А/Ц-преобразователь
А
3 источник напряжения для генерации управляющего напряжения U исполнительного элемента 10
М
4 источник напряжения для генерации напряжения U контроля
5 переключающее устройство
6 выход постоянного тока
L
7 сопротивление R линии
8 регулятор напряжения
9 накопитель энергии
10 исполнительный элемент
11 выпрямитель
EOL
12 нагрузочный резистор R
13 переключатель
14 пороговый переключатель
15 добавочный резистор
16 управляющие линии
17 контакты для подключения управляющих линий к центральному устройству 20 управления
18 соединительные контакты в модуле 21 контроля для управляющих линий 16
19 точки электрического соединения модуля 21 контроля с исполнительным элементом 10
20 устройство управления
21 модуль контроля
22 память
23 центр пожарной сигнализации и управления пожаротушением
24 модуль блока управления
25 модуль абонентов кольцевой шины
27 абонент кольцевой шины