CN214202626U - 用于监控双线线路的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于监控双线线路(2)、尤其防火系统的双线线路(2)的装置(1)。装置(1)包括：用于端接双线线路(2)的无源终端部件(10)，其中无源终端部件具有可充电的储能器(12)；用于向无源终端部件提供测量电流(I1)的恒流源(20)；用于检测双线线路(2)的输出端子(4，6)处的电压变化曲线(V1)的电压检测单元(30)；控制单元(40)，用于操控恒流源(20)并且评估检测到的电压变化曲线，其中控制单元(40)设立用于，确定双线线路(2)的串联电阻(R_L)和并联电阻(R_S)。

Description

用于监控双线线路的装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于监控双线线路、尤其防火系统的双线线路的装置，以及一种所属的方法和一种所属的控制模块。

背景技术

根据标准EN54第13部分，防火系统、例如用于火灾识别和警报生成的防火系统必须已认证，并且尤其必须判断系统部件的相容性。为此，例如必要的是，连接到参与者、例如警报器和/或触发装置上的双线线路的电阻不高于特定值，以便在触发情况下能够提供足够的电流或电压，并且不危害触发。尤其，在双线线路中，可以描述在线路的纵向方向上的串联电阻R_L和在两个线路之间的并联电阻R_S。过高的串联电阻R_L引起，在线路之间施加的电压不足以触发参与者、例如阀。同时必须确保，并联电阻R_S不变得过小，这对应于两个线路的短路的情况。

根据现有技术，已知识别危险探测器和控制系统中、例如防火系统中的控制线路上的干扰的多个可行性。

EP 2 804 163例如涉及一种用于测量这种危险探测器和控制系统中的线路电阻RL从而用于确定控制线路的干扰的方法。但是，除了线路的串联电阻之外，所述系统无法也确定两个线路之间的并联电阻。换言之，所述系统仅能够实现确定两个感兴趣的电阻值中的一个电阻值或由两个值得出的总值。

此外，还从现有技术中已知的解决方案在EP 2 232 455、EP 2 093 737、 EP 1816 619、DE 2 038 795、DE 30 36 029中得到。

EP 2 916 303A1提出用于火警系统的控制设备和控制方法，其中控制设备和控制方法能够监控被覆线的线上阻抗(Online-Impedanz)或线间阻抗(Inter-Wire-Impedanz)。设备与线路连接，其中电容性元件在线路的远端处终端连接。所述方法包括：在至少三个不同的时刻(t₁、t₂、t₃)对监控供电装置的至少三个输出电压(V₁、V₂、V₃)进行采样，其中至少三个时刻是在电容性元件达到饱和之前的所有时刻，并且所述时刻包括满足如下条件的至少三个时刻：t₂＝nt₁，t₃＝(2n-1)t₁，其中n为大于1的整数；并且基于至少三个输出电压(V₁、V₂、V₃)计算线路的线上阻抗(Rc)或线间阻抗(Rs)。

EP 3 062 299 A1提供用于识别和适配例如警报设施的控制面板或功率放大器的NAC中的线路端电阻并且用于警报设施中的接地故障定位的设备和方法。所述设备能够包括通知设备电路，其中通知设备电路包括第一模拟输入端子和第二模拟输入端子，其中通知设备电路包括第一外部输出端子和第二外部输出端子，并且其中通知设备电路包括线路端电阻。经由第一模拟输入端子和第二模拟输入端子，电流能够传导通过通知设备电路，并且能够在第一外部输出端子和第二外部输出端子中的每个外部输出端子处测量电压。测量到的电压能够指示线路端电阻的值或通知设备回路状态，所述状态为断开、短路、接地故障或正常。

所有已知系统的共同之处在于，其要么需要复杂的有源终端部件，要么但是无法在串联电阻与并联电阻之间进行区分，并且仅探测由串联电阻和并联电阻构成的组合。无源终端部件可能还经受通过半导体器件造成的温度影响。尽管有源终端部件具有其本身对双线线路进行监控的优点，但是部件本身及其维护非常耗费。在所述背景下，本实用新型的目的是，提供一种用于监控双线线路、尤其防火系统的双线线路的装置，以及一种用于监控这种双线线路的方法和一种所属的控制模块，其至少部分地避免从现有技术中已知的缺点。

实用新型内容

在第一方面中，根据本实用新型，所述目的通过一种用于监控双线线路的装置来实现。双线线路尤其是防火系统的双线线路。装置包括：用于端接双线线路的无源终端部件，其中无源终端部件具有可充电的储能器；用于向无源终端部件提供测量电流的恒流源；用于检测双线线路的输出端子处的电压变化曲线的电压检测单元；用于操控恒流源并且评估检测到的电压变化曲线的控制单元，其中控制单元设立用于，独立地确定双线线路的串联电阻和并联电阻。

通过无源终端部件根据本实用新型具有可充电的储能器的方式，通过控制单元可行的是，借助于恒流源对可充电的储能器进行充电。例如不仅在恒流源运行期间而且在恒流源运行之后被评估的检测到的电压变化曲线能够实现，以简单的方式不仅确定双线线路的串联电阻、而且确定所述双线线路的并联电阻，因为电压的变化曲线通过基本定律与所述电阻相关。

在提供测量电流期间，对可充电的储能器进行充电，使得出现升高的电压。在不提供测量电流的情况下，双线线路的并联电阻将与终端部件一起形成闭合回路，并引起可充电的储能器的自放电。

尤其，在恒流源不运行的时间期间，没有电压降落在串联电阻上，使得电压变化曲线仅指示并联电阻。因此，根据在提供测量电流期间以及在不提供测量电流的时间期间检测到的电压变化曲线，可以不仅推断出并联电阻、而且推断出串联电阻。

特别优选地，无源终端部件设置在双线线路的远离火警和/或灭火控制中心的端部。在端部的设置能够实现，尤其可以探测在输出端子之间的线路电阻的完整的纵向分量。

在一个优选的实施方式中，无源终端部件的可充电的储能器设计为可设置在双线线路的两条线之间的电容器。电容器是可充电的储能器的特别简单和有效的形式。在其他实施方式中，也可考虑其他可充电的储能器、例如蓄电池。原则上，具有用于充电和放电过程的与电容器等效的微分方程的所有可充电的储能器优选地可用于所述方法。

在一个优选的实施方式中，电容器具有高于0.1μF、尤其高于1μF并且特别优选在1μF至10μF的范围内的电容。借助在所述优选的范围内的电容确保，通过测量电流对电容器进行的充电和自放电能够在满足根据 EN54第13部分有效确定线路电阻的时间量级中进行。

在一个优选的实施方式中，控制单元设立用于，响应于所提供的测量电流的变化来评估电压变化曲线。因此，尤其在接通和断开恒流源时，在检测到的电压变化曲线中出现跳跃。跳跃可以直接推断出线路电阻。因此，确定的精度首先仅与直接在接通和断开之后的电压变化曲线的离散测量值的精度相关。

在一个优选的实施方式中，控制单元设立用于，在预确定的第一时间段期间通过操控恒流源对可充电的储能器进行充电，并且在随后的第二时间段期间在恒流源关断之后评估可充电的储能器的自放电。优选地，也在第一时间段期间评估可充电的储能器的电压。预确定的第一时间段例如为 0.5ms。预确定的第二时间段优选直接跟随预确定的第一时间段并且例如同样为0.5ms。所述示例性的值已被证实是特别切合实际的，当然也可设想第一时间段或第二时间段的其他持续时间，两个时间段尤其也能够不同。

在一个优选的实施方式中，控制单元设立用于，从在第一时间段和第二时间段期间的电压的时间变化曲线来确定双线线路的串联电阻和并联电阻。根据应用，更长的或更短的时间段当然也是可行的，并且第二时间段同样也能够具有与第一时间段不同的持续时间。

优选地，在以第一时间段开始进行重新测量之前，预确定的第三时间段优选地跟随预确定的第二时间段。在第三时间段期间，可充电的储能器优选完全放电，使得线路电阻的重新确定以0V的电压开始。因此，恒流源在第三时间段期间优选同样关断。

优选地，为此在第三时间段期间经由例如可接通的放电电阻对可充电的储能器进行放电。

在一个优选的实施方式中，控制单元设立用于，根据在接通和/或关断恒流源时的电压变化来确定双线线路的串联电阻。所述简单的确定要求检测到的测量值的也在时间上高的精度和分辨率。

在一个优选的实施方式中，控制单元设立用于，根据在第一时间段和第二时间段期间的电压变化曲线的两个基于彼此的近似，确定双线线路的并联电阻和串联电阻。在此，尤其首先评估第二时间段以及基于此评估第一时间段。

在一个优选的实施方式中，控制单元设立用于，使用检测到的电压变化曲线的离散值，尤其借助于最小二乘法来使用，以便对在第一时间段和第二时间段期间的与时间相关的变量的两个一阶电压线性方程的常数进行近似。

借此，两个线性方程引起各两个参数、常数和一阶时间相关的参数。直观地说，线性方程的图形分别对应于直线，其中两个参数随后说明直线的纵坐标部段和斜率。与时间相关的变量能够是与时间的线性相关性，即例如直接是时间，或优选地是与时间的指数函数相关性。与时间的指数相关性对应于尤其电容器的充电和放电的指数变化曲线。因此，各自从方程中获得的两个参数能够以高精度推导出串联电阻和并联电阻。

此外，通过近似，不需要校准或测量可充电的储能器的电容，以便从电压的时间变化曲线中推断出电阻。所述电容同样从近似中得出，并且可以从两个等式的参数中推导出。

在一个优选的实施方式中，控制单元构成用于监控多个双线线路。由此，简化装置的整体构造，使得不需要用于监控多个双线线路、例如用于通常包括较大数量的双线线路的防火系统的双线线路的多个控制单元。恒流源同样能够设立用于，也为双线线路中的多个双线线路供给恒定电流。当然，也可设想多个控制单元和/或恒流源的组合以进行监控。

在另一方面中，开始提到的目的通过一种用于监控双线线路的方法来实现。双线线路尤其是防火系统的双线线路。所述方法包括：向用于端接双线线路的无源终端部件提供测量电流，其中无源终端部件具有可充电的储能器；检测双线线路的输出端子处的电压变化曲线；以及评估检测到的电压变化曲线，以便确定双线线路的串联电阻和并联电阻。

根据本实用新型的方法能够实现，获得与借助根据本实用新型的用于监控双线线路的装置可实现的优点相同的优点。此外，装置的被描述为优选的所有实施方案可与根据本实用新型的方法以类似的方式组合。

在一个优选的实施方式中，在第一时间段中提供测量电流以对可充电的储能器进行充电，并且在随后的第二时间段中不提供测量电流，其中在第一时间段和第二时间段期间检测且评估输出端子处的电压变化曲线。

在一个优选的实施方式中，根据在第一时间段和第二时间段期间的电压变化曲线的两个基于彼此的近似来确定双线线路的并联电阻和串联电阻。

在优选实施方式中，使用检测到的电压变化曲线的离散值，以便从在第一时间段和第二时间段期间的与时间相关的变量的两个一阶电压线性方程的近似的常数中，确定并联电阻和串联电阻。

在另一方面中，开始提到的目的通过用于监控防火系统的双线线路的火警和/或灭火控制中心的控制模块来实现，其中控制模块设立用于执行根据本实用新型的方法。

在另一方面中，开始提到的目的通过电容器作为用于端接防火系统的双线线路的无源终端部件的应用来实现。

附图说明

在下文中参照附图描述其他优点和设计方案。在此示出：

图1示意性地且示例性地示出根据本实用新型的用于监控双线线路的装置的一个实例，以及

图2示意性地且示例性地示出在不同电阻的情况下的电压变化曲线。

具体实施方式

图1示意性地且示例性地示出根据本实用新型的用于监控双线线路2 的装置1的第一实例。双线线路2例如在两个输出端子4、6处与防火系统的中心100、如火警和/或灭火控制中心连接。重要的是确保，在线路上出现的电阻处于允许的范围内，以便例如在触发情况下降下或施加足够的电压。

在双线线路的终端8处，典型地设有终端部件10，所述终端部件具有设计为二极管52的反极性保护装置和作为电阻54示出的消耗器。借此避免经由双线线路造成的短路，并且同时实现借助流过终端部件10的电流进行监控的可能性。尤其通过反极性保护装置，监控电流从不穿过终端部件10。

连接有尤其多个参与者，例如探测器、警报器等的双线线路能够建模为由串联电阻R_L和并联电阻R_S构成的组合。本实用新型的目的是，能够分开地确定或监控串联电阻R_L和并联电阻R_S。为此，本实用新型提出特别简单的无源终端部件10，所述无源终端部件连接于双线线路2的终端8。与仅确定整个线路电阻的传统的终端部件50相比，R_L和R_S因此可以分开地确定。

根据本实用新型的终端部件10具有可充电的储能器12，在所示出的实例中，所述可充电的储能器设计成具有电容C的电容器。此外，无源终端部件10不示出所述确定的温度相关性，使得能够自动地确定电容C，因此不需要终端部件10的配置/校准。

根据本实用新型，现在并联电阻R_S和串联电阻R_L与电容C一起由控制单元40根据电压变化曲线U(t)确定，所述控制单元的功能参照图2描述。

恒流源20设置在输出端子4、6之间，以便经由无源终端部件10的可充电的储能器12提供恒定的、但优选可调节的测量电流I1。

此外，提供用于检测输出端子4、6之间的电压变化曲线U(t)的电压检测单元30。控制单元40设立用于操控恒流源20并且用于评估由电压检测单元30检测的电压变化曲线U(t)。在此，控制单元40能够实现，以熟练的方式确定双线线路2的串联电阻R_L和并联电阻R_S，如在下文中阐述的那样。

概括地，控制单元40因此应该能够做出关于如下内容的可靠结论：在操控的情况下，存在的线路电阻R_L、R_S是否能够实现在消耗器处的足够的电压。

控制单元40要么设计为独立的模块，例如在火警和/或灭火控制中心 100内的独立的模块，要么能够实施为火警和/或灭火控制中心100的集成部分。在优选的情况下，用于监控双线线路的装置1的设置在中心侧的所有部件以监控模块的形式实施，所述监控模块在图1中以虚线示出。在这种情况下，例如火警和/或灭火控制中心100的另一控制单元45将承担用于火灾监控和/或灭火控制的补充功能。

连续测量模块端子4、6处的电压变化曲线U(t)。在此，首先经由恒流源20用电流I1在特定的时间段T1中对可充电的储能器12充电。随后，关断恒流源20，并且在时间段T2中观察电容C经由并联电阻R_S的自放电。最后，在随后的时间段T3期间，可充电的储能器12经由放电单元 60的放电电阻完全放电。

图2示意性地示出图表300，其中关于时间示出检测到的电压U(t)。尤其已经划分成时间段T1、T2和T3，并且已经对于串联电阻R_L的各两个不同的值和并联电阻R_S的各两个不同的值记录了四个不同的电压变化曲线310、312、320、322。在第二时间段T2期间，这四个电压变化曲线 310、312、320、322重合成两个电压变化曲线314、324，因为自放电的时间特性与串联电阻R_L无关。

感兴趣的且对于计算重要的尤其是恒流源20的接通时刻和断开时刻。从在电压变化曲线U1中可看出的跳跃330、340中可以直接确定线路电阻。自放电的时间特性仅通过与电容C和并联电阻R_S相关的时间常数表征。

对于时间段T1中的充电过程适用电压U的以下微分方程：

假设在每次测量开始时，即在时间段T1之前，电容器是完全放电的。借助U(t＝0)＝0，方程(1)的解通过如下得出：

U(0-)＝0

U(0+)＝IR_L

在自放电期间、即在时间段T2期间，没有电压降落在串联电阻R_L上。因此，能够使用电容器放电的标准方程

U(T_L+)＝U_C(T_L-)

不考虑在第三时间段T3期间的强制放电。放电时间仅必须如下长地选择，即使得可充电的储能器12在下一次测量开始时完全放电。

优选地周期性地重复上面阐述的且在图2中草绘的3部分测量变化曲线，以确定电阻值。对于每次测量，存在能划分成充电过程和自放电过程的离散的电压值。根据本实用新型的解决方案的优点在于，对于探测干扰所需的短的持续时间处于几毫秒的范围内。

在下文中将电压变化曲线U(t)划分成对应于时间段T1、T2和T3的测量值变化曲线U1、U2和U3以用于进一步处理。因此，尤其可以从电压检测单元30获得在时间段T1和T2期间检测的测量值矢量U1和U2。以下计算的目的是，从U1和U2中尽可能精确地确定参数R_L和R_S以及此外C。

为此，考虑其中存在所述参数的方程(2)和(3)。引人注意的是，在方程(3)中存在两个未知数：时间常数τ＝R_S*C和起始值U(T_L+)。现在，控制单元40在其在分开的随后的步骤中利用方程(2)确定剩余的未知数之前，优选首先确定所述常数。

如上所述，目标是基于检测到的电压变化曲线U1和U2的测量序列做出关于参数的结论。方程(2)和(3)定义电压值的时间变化曲线，其中经由估计或近似来确定最佳地模拟曲线走向的参数。在所述实例中，为此使用最小二乘法，借助最小二乘法，将N个观察到的测量值以尽可能小的平均误差投射到函数上，在这种情况下，投射到时间t的一阶线性方程上：

y(t)＝α+βt

借助最小二乘法，将描述相对于理想测量曲线的偏差的所属的测量误差∈_i累加到在相应的所属时刻t_i记录的测量值y_i：

y_i＝α+βt_i+∈_i

最小二乘法首先将个体的测量误差∈_i的平方相加为总和Q，所述总和与两个参数α和β相关。所述总和的随后的最小化引起对于参数α和β的最佳估计

如上所述，首先将方程(3)考虑用于在时间段T2期间的自放电过程，因为所述方程仅由三个参数中的两个参数影响。为简单起见，将关断恒流源20的时刻移至时间零点：

所述方程不是线性的，而是与时间t指数相关的。因此，所述方程是指数的从而不是线性的，并且必须在两侧求对数以用于转换成时间t的一阶线性方程。

在此，应用用于自然对数的常用计算法则：

log(x*y)＝log(x)+log(y)

log(e^x)＝x

log(U(t))＝α₂+β₂t (4)

α₂＝lo_g(U(T_L+)) (5)

现在，在方程(4)中可看到关于t的线性形式。也就是说，首先对所有检测到的电压U2求对数。然后，能够以简单的方式将最小二乘法用于所述值，参见方程(4)。

从在U2中的自放电期间对所有测量值应用最小二乘法得出参数α₂和β₂。随后能够经由方程(6)确定时间常数τ：

借此，所期望的参数R_S、R_L和C还未知。然而，现在能够通过考虑充电过程来确定所述参数。

方程(2)已经描述充电过程的电压变化曲线。移至时间零点并且利用时间常数τ，其可以写成

与放电曲线相反，所述指数曲线附加地具有偏移。借此，所述指数曲线不能直接借助最小二乘法来计算。

然而，已经确定了时间常数τ。因此，方程(7)能够改写成线性形式，参见方程(8)：

α₁＝I(R_L+R_S) (9)

β₁＝-IR_S (10)

为此，仅必须借助已知的时间常数τ为每个时间值计算对应的指数函数。

从对所有测量值U1、即时间段T1中的所有测量值应用最小二乘法得出参数α₁和β₁。现在，借助方程(10，9，3a)，最后能够直接计算所期望的参数R_S、R_L和C：

结果意味着，在每个充电-自放电曲线之后，经由仅两次要执行的最小二乘估计能够精确地给出所需要的值。

持续时间T1、T2和T3例如能够处于毫秒的范围、尤其处于0.1-1ms 的范围内，并且特别优选为0.5ms或若干毫秒。借此，通过短的测量持续时间，能够实现测量的适当的高重复率。

附图标记列表

1 用于监控双线线路的装置

2 双线线路

4、6 双线线路的输出端子

8 双线线路的终端

10 终端部件

12 可充电的储能器

20 恒流源

30 电压检测单元

40 控制单元

45 控制单元

50 具有反极性保护装置的消耗器

52 二极管

54 电阻

60 放电单元

100 火警和/或灭火控制中心

R_L 串联电阻

R_S 并联电阻

C 电容

I1 测量电流

U(t) 电压变化曲线

T1 第一时间段

T2 第二时间段

T3 第三时间段

300 图表

310、312、314、320、322、324、326 电压变化曲线

330 电压跳跃

340 电压跳跃。

Claims (11)

1.一种用于监控双线线路(2)的装置(1)，所述装置包括：

用于端接所述双线线路(2)的无源终端部件(10)，其中所述无源终端部件具有可充电的储能器(12)，

用于向所述无源终端部件提供测量电流(I1)的恒流源(20)，

电压检测单元(30)，用于检测所述双线线路(2)的输出端子(4，6)处的电压变化曲线(U(t))，

控制单元(40)，用于操控所述恒流源(20)并且用于评估检测到的电压变化曲线(U(t))，其中所述控制单元(40)设立用于，确定所述双线线路(2)的串联电阻(R_L)和并联电阻(R_S)，

其特征在于，

所述控制单元设立用于，响应于所提供的测量电流(I1)的变化来评估所述电压变化曲线(U(t))，并且在预确定的第一时间段(T1)期间通过操控所述恒流源(20)对所述可充电的储能器(12)充电，并且在紧随其后的第二时间段(T2)期间在所述恒流源(20)关断之后评估所述可充电的储能器(12)的自放电。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，

其特征在于，

所述装置(1)用于监控防火系统的双线线路(2)。

3.根据权利要求1所述的装置(1)，

其特征在于，

所述无源终端部件(10)的所述可充电的储能器(12)设计为能够设置在所述双线线路(2)的两条线之间的电容器。

4.根据权利要求3所述的装置(1)，

其特征在于，

所述电容器具有高于0.1μF的电容(C)。

5.根据权利要求3所述的装置(1)，

其特征在于，

所述电容器具有高于1μF的电容(C)。

6.根据权利要求3所述的装置(1)，

其特征在于，

所述电容器具有在1μF至10μF的范围内的电容(C)。

7.根据权利要求1所述的装置(1)，

其特征在于，

所述控制单元设立用于，根据在所述第一时间段(T1)和所述第二时间段(T2)期间的电压的时间变化曲线(U(t))，确定所述双线线路(2)的串联电阻(R_L)和并联电阻(R_S)。

8.根据权利要求7所述的装置(1)，

其特征在于，

所述控制单元设立用于，根据在所述第一时间段(T1)和所述第二时间段(T2)期间的所述电压变化曲线(U(t))的两个基于彼此的近似，确定所述双线线路(2)的并联电阻(R_S)和串联电阻(R_L)。

9.根据权利要求8所述的装置(1)，

其特征在于，

所述控制单元设立用于，使用所检测到的电压变化曲线(U(t))的离散值，以便对在所述第一时间段(T1)和所述第二时间段(T2)期间的与时间相关的变量的两个一阶电压线性方程的常数进行近似。

10.根据权利要求9所述的装置(1)，

其特征在于，

所述控制单元设立用于，借助于最小二乘法来使用所检测到的电压变化曲线(U(t))的离散值。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置(1)，

其特征在于，

所述控制单元构成用于监控多个双线线路(2)。

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