DE3001100A1

DE3001100A1 - Multiple sensor gas or fire detector system - employing microprocessor which tests condition of each sensor in turn

Info

Publication number: DE3001100A1
Application number: DE19803001100
Authority: DE
Inventors: Jürgen 7570 Baden-Baden Dittrich
Original assignee: Bieler & Lang GmbH
Current assignee: Bieler & Lang GmbH
Priority date: 1980-01-14
Filing date: 1980-01-14
Publication date: 1981-07-16

Abstract

All the sensors or detectors (15/I...15/XV) are connected in parallel across one common cable (20,29,37). Each sensor has a window detector, digital comparator, or other method for identifying an incoming command addressed to it. Commands for other sensors are ignored. The control unit comprises an interface unit (14) which connects the sensors with the microprocessor (12) and with an output unit (13). A power supply (11) serves the control unit and also provides power, via a transformer (38), to the sensors. When a sensor receives a command from the processor its measuring circuits are switched on. The results of the measurement are then transmitted to the processor. Output (13) controlled by the processor is typically to an alarm unit (19), hard copy printer (18), VDU (17) and memory (16). The connecting cable may use some fibre optic cores.

Description

Verfahren zur Steuerung und Überwachung mehrerer Method for controlling and monitoring several

Detektoren für Gas , Rauch ooäO Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und überwachung mehrerer als Gas-, Rauch oder ähnlicher Detektoren eingesetzten Messfühler sowie Speicherung der dabei gewonnen Messwerte mittels einer entfernt liegenden Zentrale aus Steuerungs- und Überwachungsgeräten, wobei alle Messfüh@er als @nterstationen der Zentrale über eine Leitung mit der Zentrale verbunden sind Man hat schon versucht (0. 26 55 zip 271), jedem Messfühler einen Schwingkrei@ zuzuordren, bei dem der frequenzbestimmende Widerstand vom Widerstand des Sensors gebildet wird Mit einem solchen Verfahren lassen sich ohne weiteres eine grössere Anzahl von Messfühlern nacheinander überwachen. Es hat Jedoch den Nachteil, dass die Frequenz des Schwingkreises auch schon von den normalen Temperaturänderungen beeinflusst wird Um dies auszuschalten, musste man dahe die Bandbreite für die Messung eines eiiizeinen Messfühlers zu breit machen, sodass aie Anzahl der mit eInem Gerät zu messenden Fühler recht begrenzt ist0 Andererseits ist schon vorgeschlagen worden (GM 76 31 379), iiur einen Messfühler unmittelbar mit den Überwachungsgeräten zu verbinden und mittels eines dafür ausgebildeten Schalters (llrekt nie zu überwachende Luft mit Schläuchen von den Messtellen zu holmen Auch hier ist ein erheblicher Aufwand notwendig, wenn gleich nur ein Messfühler vorhanden ist, der Aufwand an elektrischen Sciialt mitteln also relativ klein gehalten werden kann0 Dafür Ast; (ije Verlegung der Schläuche mit Schwierigkeiten verbunden. Detectors for gas, smoke, etc. The invention relates to a method for controlling and monitoring several detectors as gas, smoke or similar used measuring sensor as well as storage of the measured values obtained by means of a remote control center of control and monitoring devices, with all Measuring sensors as substations of the control center are connected to the control center via a line You have already tried (0. 26 55 zip 271) to give each measuring sensor an oscillating circle @ assign where the frequency-determining resistance of the resistance of the sensor With such a method, a larger Monitor the number of sensors one after the other. However, it has the disadvantage that the frequency of the oscillating circuit already depends on the normal temperature changes is influenced In order to switch this off, one had to adjust the bandwidth for the measurement of a single probe too wide, so that the number of probes with one device probe to be measured is quite limited0 On the other hand, it has already been proposed (GM 76 31 379), iiur a measuring sensor directly to the monitoring devices connect and using a specially designed switch (llrekt never to be monitored Taking air from the measuring points with hoses is also a considerable effort here necessary, if only one sensor is available, the expense of electrical ones Sciialt averaging can therefore be kept relatively small0 Instead, Branch; (i per relocation the tubing associated with difficulties.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ctie Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und gleichzeitig die Möglichkeit zu schaffen, einerseits die von den einzeln abrefragten Messfühlern erhaltenen Daten zu überwachen auf unzulässig hohe Schadgaskonzentrationen, diese Daten zu speichern und mit; anderen Daten, beispielsweise aus Nachbarräumen zu vergleictlerl und andererseits den Messfühler selbst zu korrigieren, falls er unzulässig hohe Anderungen in seinen Eigenschaften währeiid der Betriebsdauer erleidet.The present invention is therefore based on the object ctie Avoid disadvantages of the known method and at the same time the possibility to create, on the one hand, the data received from the individually queried sensors to monitor for inadmissibly high concentrations of harmful gases, to save this data and with; to compare other data, for example from neighboring rooms, and on the other hand correcting the sensor itself if there are unacceptably high changes in its Properties will suffer during the service life.

Die Lösung der Aufgahe besteht darin, dass alle Messfühler parallel an eine Leitung angeschlossen sind und jeder Messfühler unm telbar mit einem Erkennungselement, iwe einem Fensterdiskriminat Digitalkomparator etc. verbunden ist und eine Zentrale, welche sich aus an sich bekannten Baugruppen, wie Input, Digital-Analog Wandler, Prozessor, Speicher, Schnittstelle (Inter£elee), Ausgabe stelle (Output) und/oder Stromversorgungsteil besteht, über die die Messfühler mit der Zentrale verbindende Leitung einzeln in Verbindung treten kann und die Speisespannung über einen Transformator dem am Platz des Messfühlers vorhandenen oder herangeführten Netz entnommen wird.The solution to the problem is that all sensors are parallel are connected to a line and each sensor is directly connected to a detection element, iwe is connected to a window discriminator, digital comparator etc. and a control center, which are made up of known assemblies such as input, digital-to-analog converter, Processor, memory, interface (interface), output point (output) and / or There is a power supply that connects the sensors to the control center Line can connect individually and the supply voltage via a transformer is taken from the network that is present or brought up at the location of the sensor.

Vorteilhaft steuert die Zentrale jeden zu überwachenden Messfühl@ mittels eines von ihr ausgesandten, gegebenenfalis geprägten Stroms oder Spannung, welche das Erkennungselement passieren kann, an.The central unit advantageously controls each sensor to be monitored @ by means of a possibly shaped current or voltage that it emits, which the recognition element can pass.

Der für die Erfindung anwendbare Messfühler besitzt im Fühlerkop@ einen Halbleitersensor, eine elektronische Schaltung, IC o.ä. unc einen Transformator, wobei die Schaltung die Messignale an die Zentrale schickt und der Transformator die Heizspannung und d-ie Speisespannung für die Schaltung und den Sensor liefert.The sensor that can be used for the invention has in the sensor head @ a semiconductor sensor, an electronic circuit, IC or similar unc a transformer, whereby the circuit sends the measurement signals to the control center and the transformer supplies the heating voltage and the supply voltage for the circuit and the sensor.

Der Vorteil der Erfindung liegt auf der Hand. Der neue Messfühler ist mit den wesentlichen Elementen versehen, welche einerseits den Betrieb des Sensors ermöglichen und welche andererseits die Erkennung dieses Messfühlers und die Weiterleitung dessen Werte ermöglichen, wobei diese Elemente dank der Mikrotechnik Keilen wesentlichen Platz verbrauchen, sodass die rS.urnliche Ausdehnung des Messfühlers nicht wesentlich über die bisher bekannten tasse eines nur aus Halbleiter und Heizwendel bestehenden Messfühlers hinausgehen. Weiterhin kann durch eine nur dreipolige Leimung, an der alle Messfühler parallel angeschlossen sind, jeder einzeln Messfühler mit der Zentrale in Verbindung gebraçnt werden werden, wonach dann über diese Leitung alle Funktionen zwischen Zentrale und Messfühler transportiert werden. Durch den noch zusätzlich im Messfühler angeordneten Transformator kann der für den Betrieb eines jeden Fühlers notwendige Strom dem am Platz des Fühlers vorhandenen Netz entnommen werden. Gibt man der Leitung noch drei weitere Leitungen oder Adern, so kann auch von der Zentrale der normale Netzstrom geliefert werden, wodurch eine die normale Netzspannung führende Ringleitung an dem gewünschten Ort mit cem Messfühler verbunden werden kann und also an jedem Ort für den Fühler ein Netz vorhanden ist an den er angeschlossen werden kann0 In den Zeichnungen ist eine be#ispielsweise Ausführungsform der Erfindung dargestellt und zwar zeigt Figur i ein Blockschaltbild der Zentrale Figur 2 ein Blockschaltbild der Schnittstelle nach Fig.1 und Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines teilweise azfp;ebrochenen Messfühlers, Nach Figur 1 besteht die Zentrale aus einem Netzversorp;ungstell (11, einem Prozessor (CPU) 12, einer Ausgabestelle (Output) 13 sowie einer Schnittstelle (Iinterface) 14, wobei diese einzelnen Geräte unt@@einander @ber die angegebenen Leitungen miteinander verbunden sind und die Pfeile die Datenflussrichtung anzeigen.The advantage of the invention is obvious. The new probe is provided with the essential elements which on the one hand the operation of the sensor enable and which on the other hand, the detection of this sensor and the forwarding whose values allow, these elements being essential thanks to micro-technology wedges Use up space so that the normal expansion of the sensor is not significant over the previously known cup of one consisting only of semiconductors and heating coils The probe. Furthermore, only three-pole gluing on the all measuring sensors are connected in parallel, each individual measuring sensor with the central unit be burned in connection, after which all functions are then over this line be transported between the control center and the measuring probe. With the additional The transformer arranged in the measuring sensor can be used to operate each sensor necessary current can be taken from the network available at the location of the sensor. Gives you can add three more lines or wires to the line, so can also from the control center the normal mains power can be supplied, which makes a normal Mains voltage The leading ring line can be connected to the cem sensor at the desired location and therefore a network is available at every location for the sensor to which it is connected 0 Referring to the drawings, there is an exemplary embodiment of the invention shown, namely Figure i shows a block diagram of the control center Figure 2 a Block diagram of the interface according to FIG. 1 and FIG. 3 a perspective view a partially cut-away measuring sensor, according to FIG. 1, the control center consists of a network supply unit (11, a processor (CPU) 12, an output point 13 and an interface (Iinterface) 14, these individual devices unt @@ each other @are connected to each other via the specified lines and the arrows indicate the direction of data flow Show.

So ist die Schnittstelle 14 mit den Messfühlern 15/I bis 15/XV verbunden und die Ausgabestelle 13 kann mit einem Speicher 16, einem Bildschirm 17, einem Drucker 18 und/oder mit einer Anzeige-und Alarmeinheit 19 verbunden und versehen werden In Figur 2 ist das Blockschaltbild einer Schnittstelle 14 nach der Erfindung dargestellt deren Aufbau am einfachsten anhand einer Funktionsbeschreibung erklärt werden kann, wobei gleichzeitig das Zusammenwirken der einzelnen Geräte nach Figur 1 zu sehen ist0 Wird mit dem Einschalten des Netzversorgungsteils 11 die Zentrale in Betrieb genommen, so wird vom Prozessor 12 das Programm bei einer bestimmten Adresse z.B. dem Messfühler 15/1, gestartet, indem über die Leitung 20 von der Schnittstelle 14 zum Messfühler 15/I eine Spannung, z.B. von 1,5 V, welcher Wert dem Messfühler 15/I zugeordnet ist, geschickt wirdh Gleichzeitig schaltet der Prozessor 13 über die Leitung 21 und den Wahlschalter 22 den Wechs#lschalter 23 auf die Stellung K und über den Decoder ali den dem Messfühler 15/I zugeordneten Kalibrierpotentiometer 25 für den Verstärker 26 ein, Die in der Leitung 20 #orhandene Spannung hat : im Messfühler 15/S den Fensterdiskriminator der elektrischen Schaltung 27 passieren kennen und dabei den dort ebenfalls vorhandenen Halbleiterschalter eingeschaltet, sodass jetzt die Daten des Sensors 28 (Figur 3) über die Leitung 29 zur Zentrale zurückfliessen können. Da die Fensterdiskriminatoren de: anderen Messfühler 15/II bis 15/XV für die oben genannte Spannung in der Leitung 2ogesperrt sind, werden nur die Daten des Messfühlers 10/I über. die Leitung 29 zurückgemeldet. Der in der Leiti 29 fliessende Datenstrom besteht aus einem Wechselspannungsanteil und einem Gleichspannungsanteil.The interface 14 is thus connected to the measuring sensors 15 / I to 15 / XV and the output point 13 can with a memory 16, a screen 17, a Printer 18 and / or connected to and provided with a display and alarm unit 19 In Figure 2 is the block diagram of an interface 14 according to the invention the structure of which is most easily explained using a functional description can be, at the same time the interaction of the individual devices according to figure 1 can be seen 0 When the power supply unit 11 is switched on, the control center put into operation, so the program is from the processor 12 at a certain Address e.g. the measuring probe 15/1, started by using the line 20 from the interface 14 to the measuring sensor 15 / I a voltage, e.g. of 1.5 V, which value the measuring sensor 15 / I is assigned, is sent. At the same time, the processor 13 switches over line 21 and selector switch 22, changeover switch 23 to position K and via the decoder ali the calibration potentiometer assigned to the measuring sensor 15 / I 25 for the amplifier 26, The voltage in line 20 has # existing voltage: im Sensor 15 / S pass the window discriminator of the electrical circuit 27 know and at the same time switched on the semiconductor switch that is also present there, so that now the data of the sensor 28 (Figure 3) over the line 29 can flow back to the control center. As the window discriminators de: others Sensor 15 / II to 15 / XV for the above-mentioned voltage in line 2 blocked only the data of the sensor 10 / I are transferred. the line 29 reported back. The data stream flowing in Leiti 29 consists of an alternating voltage component and a DC voltage component.

Der Wechselspannungsanteil wird über den Kondensator 30 zum Verstärker 31, von da Aber den Frequenz-Spannungs-Umsetzer 32 und den Schalter 23 zum Analog-GDigital-Wandler 33 geführt und über die Leitung 34 zu dem als Auswerteinrichtung funktionierenden Teil des Prozessors 12 geleitet. Nach Beendigung dieser Messung schaltet der Prozessor 12 des Wechselschalter 23 auf Stellung M und holt den dort über den Verstärker 35 anstehenden Gleichspannungsanteil des Datenstroms aus der Leitung 29 zum Analog-Digital-wandler 33 und von da ebenfalls über die Leitung 34 zum Prozessor 12. Die Leitung 36 dient nur zur Steuerung des A-D-Wandlers 33.The alternating voltage component becomes an amplifier via the capacitor 30 31, from there the frequency-to-voltage converter 32 and the switch 23 to the analog-to-digital converter 33 out and over the line 34 to the functioning as an evaluation device Part of the processor 12 passed. When this measurement is finished, the processor switches 12 of the toggle switch 23 to position M and fetches it there via the amplifier 35 pending DC voltage component of the data stream from line 29 to the analog-digital converter 33 and from there also via line 34 to processor 12. Line 36 is used only for controlling the A-D converter 33.

Der Prozessor 12 korrigiert nun den Messwert anhand des vom Verstärker 31 kommenden Korrekturwertes und gibt den so erhaltenen berichtigten Messwert an die Ausgabestelle 13, von wo aus die Verteilung auf die Stationen 16, 17,oder 18 erfolgt. Gleichzeitig wird entweder im Prozessor 12 oder in der Ausgabestelle 13 der do ankommende berichtigte Messwert mit einem vorgegebenen Sollwert oder auch mit mehreren Sollwerteh, welche der Alarmschwelle entsprechen, verglichen und gegebenenfalls Alarm ausgelöst, wobei auch noch durch z.B. ein Anzeigetableau zu sehen ist, an welchem Messfühler der Alarm ansteht. Es können auch noch andere in dieser Zusammenhang wichtige Werte etc. angezeigt werden.The processor 12 now corrects the measured value on the basis of the value from the amplifier 31 coming correction value and indicates the corrected measured value obtained in this way the issuing point 13, from where the distribution to the stations 16, 17, or 18 he follows. Simultaneously, either in the processor 12 or in the output point 13 the incoming corrected measured value with a specified target value or also with several setpoints corresponding to the alarm threshold, compared and if necessary Alarm triggered, which can also be seen e.g. through a display panel which sensor the alarm is pending. There can also be others in this context important values etc. are displayed.

Unmittelbar anschliessend führt der Prozessor 12 für den Messfühler 15/II den gleichen Zyklus durch, anschlie send für den Messfühler 15/111 und so weiter bis zum letzten Messfühler 15/XV wonach der Rücksprung auf den Messfühler 151I erfolgt. Die Zeitdauer für die Durchführung aller Zyklen für alle Messfühler kann einerseits vom Prozessor 12 bestimmt werden und var#iert werden hängt aber andererseits auch von der Kapazität der Leitungen 20,29 und 37 ab, obwohl letztere Leitung nur als Masseleitung fungiert, Man kann auch vom Netzteil ii unmittelbar zu den Messfühlern 15/I bis 15/XV eine Speisespannung von 220 V über die Leitungen 38 führen, Dies hängt aber von den örtlichen Gegebenheiten und Vorschriften ab, welche in manchen Fällen nicht erlauben dass die Stark stromleitung 38 mXt den Datenleitungen 20,29,37 in einem Kabel geführt werden. Hier zeigt sich besonders gut in Vorteil der Erfindung, weil der im Messfühler untergebrachte Transformator 39 auch an das am Anbringungsort des Messfühlers vorhandene Netz angeschlossen werden kann, selbst wenn dies n#r eine Spannung von 110 V führt , wofür der Transformator 39 schon von Anfang an so ausgelegt werden kann, ca ar ni@ht nur eine Spannung von 220 V sondern nach Umschaltu@g auch von 110 V für den jviessfühler verarbeiten kann0 In figur 3 i@t der erfingungsgemässe Messfühler dargestllt, welcher aus einem mit einem Anschraubflansch 40 versehenen gehäuse 41 besteht, in dem die Schaltung 27, bestehend aus Fensterdis kiminator und Halbleitershalter, sowie der Transformator 39 angeordnet, vorzugsweise in Kunststoff eingegossen ist Zwichen dem Gehäuse 41 und einem Deckel 42, welcher mit den Schrauben 43 festgehalten wir ist ein Rohrstück 44 aus Sintermetall, welches gasdurchlässig ist, angeordnet in dem der Halbleitersensor 28 befsetigt und mit der Schaltung 27 elektrisch verbunden ist, An einer beliebigen Stelle des Gehäuses 41 wird dan gas Kabel 45 herausgeführt, du#ch das der Messfü#ler mit der Zentrale verbunden wird.Immediately thereafter, the processor 12 performs for the measuring sensor 15 / II through the same cycle, then for the measuring probe 15/111 and so on continue to the last measuring probe 15 / XV, after which the return jump to the measuring probe 151I takes place. The amount of time to complete all cycles for all probes can on the one hand be determined and varied by processor 12 but depends on the other hand, it also depends on the capacitance of lines 20, 29 and 37, although the latter Line only functions as a ground line, You can also use the power supply ii a supply voltage of 220 V directly to the measuring sensors 15 / I to 15 / XV the lines 38 lead, but this depends on the local conditions and regulations which in some cases do not allow the power line 38 mXt den Data lines 20,29,37 are guided in a cable. This is particularly evident good advantage of the invention because the transformer housed in the sensor 39 can also be connected to the network available at the location of the sensor can, even if this n # r carries a voltage of 110 V, for which the transformer 39 can be interpreted from the outset in such a way that ca arni @ ht only a tension of 220 V but also 110 V for the jviesssensor after switching over In FIG. 3 i @ t the measuring sensor according to the invention is shown, which consists of a a screw-on flange 40 provided housing 41, in which the circuit 27, consisting of a window discriminator and semiconductor holder, as well as the transformer 39 is arranged, preferably cast in plastic, between the housing 41 and a cover 42, which is held in place with the screws 43, is a piece of pipe 44 made of sintered metal, which is gas-permeable, arranged in the semiconductor sensor 28 is attached and electrically connected to the circuit 27, at any In place of the housing 41, the gas cable 45 is led out through that of the measuring pen is connected to the control center.

Die Leitung 20,29,37, welche in dem geschilderten Beispiel ein Kupferkabel ist, kann natArRich auch aus einer oder mehreren Glasfasern zur Lichtleitung bestehen. In diesem Fall muss anstelle des Fensterdiskriminators im Messfühler ein gleichwirkender Digitalkomparator angeordnet sein und die Schnittstelle muss aer Lichtleitfaser angepasst seino Gegebenenfalls kann man sogar von der Schnittstelle aus je eine Lichtleitfaser zu jedem einzelnen Messfühler führen unter Anpassung der Schnittstelle an die geänderten Verhältnisse0 L e e r s e i t eThe line 20,29,37, which in the example shown is a copper cable natArRich can also consist of one or more glass fibers for light transmission. In this case, instead of the window discriminator in the measuring sensor, a similarly acting one must be used Digital comparator be arranged and the interface must be the optical fiber o If necessary, you can even use the interface to create one Optical fibers lead to each individual measuring sensor while adapting the interface to the changed circumstances0 L e r s e i t e

Claims

Method for controlling and monitoring several Measuring sensors used as gas, smoke or similar detectors and storage the measured values obtained by means of a remote control center from control and monitoring devices, with all sensors being used as substations of the control center one line itit the control center are connected, characterized in that all Sensors (15 / I to 15 / xv) are connected in parallel to a line (20,29,37) and each sensor (15 / I to 15 / xv) directly connected to a detection element such as eienem window discriminator, digital comparator, etc. is connected and a control center which are made up of known assemblies such as input, digital-analog Wadler (33), Processor (12), memory (16), interface (14), output point (1)) and / or power supply part (11), via which the measuring sensor with the Central connecting line (20,29,37) can connect individually and the Supply voltage via a transformer (39) that is available at the location of the measuring sensor or removed from the network.

2.) The method according to claim 1, characterized in that the aie /.entrale each sensor to be monitored (15 / I to 15 / xv) by means of a sensor sent by it, possibly impressed current or voltage which pass through the detection element can be driving.

3.) The method according to claim 2, characterized in that the of the control center emitted current after passing the detection element, such as window discriminator or digital comparator, the selected measuring sensor a switch, preferably Iial conductor switch, actuated, whereby the values of the central sensor are reported back will.

4.) Measuring sensor for performing the method according to the claims 1-3, characterized in that in addition to a semiconductor sensor (28) an electronic Circuit (27), IC or similar a transformer (39) is arranged in the probe head is, the circuit (27) sends the measurement signals to the control center and the transformer (39) the heating voltage and the supply voltage for the circuit (27) and the sensor (28) returns.

5.) Process according to claims 1-4, characterized in that the line (2o, 29,37) consists of glass fibers as a light line and in the measuring sensor (15 / I to 15 / XV) a digital comparator is arranged.