DE3842053A1 - Schaltung fuer die ueberwachung von mit gleichstrom betriebenen elektronischen alarmanlagen mit einer meldelinie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für die Überwachung von mit Gleichstrom betriebenen elektronischen Alarmanlagen mit einer Meldelinie zum Schutz der Schaltung der Alarmanla­ ge gegen Sabotage.

Es sind bereits verschiedene Schaltungen vorgeschlagen und auch in den Einsatz gebracht worden, die es Unbefugten nicht oder nur schwer ermöglichen sollen, die Ruhestromschleife einer elektronischen Warnanlage zu entschärfen.

Nach der DE-OS 28 46 343 soll dies bei einer elektronischen Warnanlage mit einem Operationsverstärker mit nachgeschalte­ tem Fensterdiskriminator zur Abgabe eines Alarmsignals bei entsprechender Lage des Verstärkerausgangssignals außerhalb der vorgegebenen Grenzwerte dadurch erzielt werden, daß zum Ansteuern des Operationsverstärkers eine Brückenschaltung dient. Deren Spannungsteiler ist als codierbare Ruhestrom­ schleife ausgebildet, bei der durch verschiedene Wider­ standskombinationen sowie sich daraus ergebende Ruheströme das Ausgangssignal des Operationsverstärkers erhalten bleibt.

Weitere üblicherweise bei Alarmanlagen mit Komparator-Meß­ brückenschaltung mit zwei Operationsverstärkern im Einsatz befindliche Differentialmeldelinien ermöglichen ebenfalls die Überwachung der Linien auf

• - Leitungsbruch z.B. durch Durchtrennen einer Ader, wobei der Widerstand gegen unendlich geht,
• - Kurzschluß durch z.B. Abisolieren und Kurzschließen beider Adern, wobei der Widerstand gegen Null geht,
• - Änderungen des Anschlußwiderstandswertes nach unten und nach oben, soweit die jeweilige Toleranzgrenze über- bzw. unterschritten wird.

Es ist bei diesen bekannten Ausführungen aber nicht möglich, Fremdspannungen sofort zu erkennen, die in beliebiger Form und Frequenz sowohl als Gleichspannung als auch als Wechsel­ spannung mit der Linie in Berührung kommen können, sei es durch galvanische, induktive oder kapazitive Ankopplung. Mit den bekannten Schaltungen ist es möglich, mit hinlänglicher Genauigkeit jede Widerstandsänderung der Linie zu erkennen, sofern die vorgegebenen Grenzwerte dabei Überschritten wer­ den. Da tatsächlich jedoch keine Messung des Widerstandes der Linie erfolgt, sondern lediglich eine Messung der am Linienwiderstand abfallenden Spannung, ist es leicht mög­ lich, durch Manipulation einen Sabotagealarm zu verhindern. So kann nach dem Abisolieren der Adern an beliebiger Stelle die Linienspannung mit einem sehr hochohmigen Voltmeter mit z.B. wegen der Eingangskapazität in Reihe geschaltetem Widerstand von ca. zwei Megaohm gemessen werden. An einer regelbaren Spannungsquelle wie z.B. einer Batterie mit einem einstellbaren Spannungsregler oder einem einstellbaren Vor­ widerstand, zu deren Ausgang ein möglichst kleiner Wider­ stand parallel liegt, wird eine Spannung eingestellt, die möglichst genau derjenigen in der Linie entspricht. Wenn dann die Spannungsquelle richtig gepolt parallel zum Wider­ stand mit der Linie verbunden wird, kann die zum Alarmmelder weiterführende Leitung durchtrennt und somit außer Funktion gesetzt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Schaltung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es unmöglich ist, durch Anlegen einer externen Gleichspannung eine Vor­ aussetzung dafür zu schaffen, daß der Alarmmelder durch Unbefugte außer Funktion gesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen An­ sprüchen beschrieben. Die in den Zeichnungen dargestellten Diagramme zeigen schematisch erfindungsgemäße Schaltungen, die nachstehend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Schaltung mit einem Rechteckgenerator,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer Schaltung mit einem Rechteckgenerator,

Fig. 3 und 4 den Verlauf der Spannungen bei Alarmmeldelinien mit und ohne Rechteckgenerator,

Fig. 5 und 6 eine weitere Ausführungsform einer Schaltung zur Überwachung externer Signalgeber.

Die Schaltung nach Fig. 1 besteht aus der an sich bekannten Grundschaltung 1, an der als Beispiel eine Versorgungsspan­ nung U von 12 V anliegt. Bei entsprechender Wahl der Wider­ stände R _1, R _2, R ₃ liegt z.B. am Anschluß 2 des Komparators K 1 eine Spannung UA von +7 und am Anschluß 3 des Komparators K 2 eine Spannung UB von +5 V an. Bei gleichen Widerstands­ werten von R ₄ und R _Linie liegt am Anschluß 4 an deren Verbin­ dungsleitung 5 eine Spannung UC von +6 V an.

Der invertierende Eingang 9 des Komparators K 1 ist, bei Alarmlinie in Ruhe, positiver als der nichtinvertierende Eingang 8. Am Ausgang 6 des Komparators K 1 liegt daher ein Niedrig-Potential an. Gleichzeitig ist der nichtinvertieren­ de Eingang 12 des Komparators K 2 negativer als der inver­ tierende Eingang 11. Am Ausgang 7 des Komparators K 2 liegt deshalb ebenfalls ein Niedrig-Potential an.

Bei Leitungsbruch liegt am Anschluß 4 ein Potential nahe 0 V an. Der invertierende Eingang 11 des Komparators K 2 wird deshalb negativer als der nichtinvertierende Eingang 12. Der Ausgang 7 des Komparators K 2 springt auf hoch, dieses Signal liegt über der Diode 14 am Anschluß 15 der Alarmschaltung 16.

Bei Kurzschluß steigt die Spannung am Anschluß 4 gegen +12 V. Der nichtinvertierende Eingang 8 von K 1 wird deshalb positiver als der invertierende Eingang 9. Der Ausgang 6 springt auf hoch und über die Diode 13 wird die nachfolgende Alarmschaltung 16 aktiviert.

Je nach Art des gewünschten Ausgangspotentials läßt sich die Schaltung auch so aufbauen, daß bei Alarm am Anschluß 15 ein Niedrig-Signal anliegt.

Um diese Grundschaltung 1 sabotagesicher zu gestalten, ist über einen weiteren Widerstand R ₆ ein Rechteckgenerator 17 angeschlossen. Gleichzeitig ist zwischen der Quelle der Versorgungsspannung und dem Widerstand R ₁ ein weiterer Wi­ derstand R ₅ geschaltet, dessen Ausgang am Anschluß 22 auch mit der Leitung 23 zwischen Widerstand R ₆ und Widerstand R _Linie verbunden ist. Am Eingang 18 des Widerstands R₆ liegt das Ausgangssignal des Rechteckgenerators 17 an, das im idealisierten Zustand ständig mit niedriger Frequenz zwi­ schen den Spannungswerten 0 V und +12 V umgeschaltet wird. Dieses Rechtecksignal wird über R ₆ und einen Kondensator 19 integriert, so daß ein sinus-ähnliches Signal mit nicht zu steilen Flanken an der Verbindung 21 des Kondensators 19 und Widerstands R ₆ entsteht. Dieses sinus-ähnliche Signal hat einen Verlauf mit geneigten Flanken, die stufenlos in den oberen bzw. unteren Wellenabschnitt übergehen, der als flachgekrümmtes Wellensegment ausgebildet ist. Dies ist wegen der Kapazität des Leitungsnetzes der Alarmzentrale erforderlich. Die Spannung am Punkt der Verbindung 21 schwingt deshalb mit einer Amplitude, die durch das Verhält­ nis zwischen R ₆ und R ₅ bestimmt wird. Im gleichen Verhältnis schwingen auch die Spannungen an den Anschlüssen 2, 3, 4. Da das Verhältnis der Spannungen an den Anschlüssen 2, 3, 4 unabhängig davon ist, welche Spannung an der Verbindung 21 anliegt, kann die eigentliche Komparator-Meßbrücke unverän­ dert weiterverwendet werden. Fig. 3 und 4 zeigen den Verlauf der Spannungen UA, UB, UC an den Anschlüssen 2, 3, 4. Es wird Alarm ausgelöst, sobald die Linie der Spannung UC die Linien der Spannungen UA oder UB berührt. Es ist jedoch völlig unmöglich, die Schaltung durch Anlegen einer externen Gleichspannung, wie für die herkömmliche Schaltung beschrie­ ben, zu manipulieren. Um die Alarmlinie außer Betrieb zu setzen, wäre es erforderlich, eine externe Spannung zu er­ zeugen, die exakt mit gleicher Frequenz und Amplitude völlig kohärent schwingt.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung 20, für ein überwachtes Schalt­ schloß mit Scharf/Unscharfschaltung. Die Komparatoren K 1 und K 2 dienen in bekannter Weise der Überwachung der Zuleitung, wobei die Grenzwerte durch die Spannungen an den Anschlüssen 2 und 3 festgelegt werden. Ein Über- oder Unterschreiten der Grenzwerte bewirkt, daß am Anschluß 24 der Sabotageauswerte­ leitung 25 ein Alarm- bzw. Sabotagesignal anstehen würde. Der Komparator K 3 dient der eigentlichen Scharfschaltung. Liegt am Anschluß 26 zur Verbindung der Anschlußleitung 27 des Scharf/Unscharfschalters 28 mit den Komparatoren K 1, K 2, K 3 eine Spannung an, die geringfügig niedriger ist als die am Anschluß 29, führt der Ausgang 7 des Komparators K 3 Nied­ rig-Potential. Wird die Spannung am Anschluß 26 geringfügig höher als am Anschluß 3, springt der Ausgang 7 des Kompara­ tors K 3 auf hoch. Dieses Hoch-Signal wird zur eigentlichen Scharfschaltung verwendet. Die geringfügige Änderung der Spannung entsteht durch die Änderung der Spannung einer Widerstandskombination in der Scharfschalteinrichtung, die dadurch herbeigeführt wird, daß die zwei Widerstände 57, 58 in Reihe geschaltet sind. Der eine Widerstand 58 kann durch den Scharf/Unscharfschalter 28, der als Schloß oder dergleichen ausgebildet sein kann, überbrückt werden, so daß der Gesamtwiderstand entsprechend kleiner wird. Sinkt die Spannung am Anschluß 3 unter die Begrenzungsspannung am Anschluß 29, würde der Komparator K 2 zwar ein Hoch-Signal abgeben, es würde jedoch kein Alarm folgen, da sich die Schaltung im Unscharfbereich befindet. Dieses wird durch die Diode 31 verhindert. Liegt an einem Ausgang 6, 7 des Komparators K 1 oder K 3 Hoch-Potential, gelangt die Spannung über die Diode 31 auf die Scharfschal­ tungsleitung 32, so daß die Alarmanlage in jedem Fall auto­ matisch geschärft wird. Die übrigen Dioden 13, 14, 33 dienen der Entkoppelung der Komparatorausgänge. Zum Schutz vor Fremdgleichspannung wird die Schaltung 20 wie oben beschrie­ ben durch den Rechteckgenerator 17 mit Zusatzbeschaltung durch Widerstand R ₆ und Kondensator 19 geschützt.

Fig. 5 und 6 zeigen eine Schaltung 30 zur Überwachung von ex­ ternen Signalgebern 35. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, im Gehäuse des zu überwachenden Signalgebers 35 eine Zusatz­ schaltung 50 wie dargestellt vorzusehen. Diese besteht aus einer Zenerdiode 37, einem Vorwiderstand 38 an der Basis eines Transistors, einer Schutzdiode 40 zum Schutze des Transistors 39 gegen Induktionsstrom bzw. Spannung, dem Transistor 39 z.B. von Typ BC 237 NPN, einem Relais 41, das den Rahmenbedingungen wie Schaltleistung, Schutz gegen Um­ welteinflüsse, Erschütterung, Staub, Feuchtigkeit usw. ange­ paßt ist, sowie dem Widerstand R _Linie, der auch Bestandteil der Schaltung 10 gemäß Fig. 1 ist.

Im Ruhezustand ist der Alarmgeber 42 über den Relais-Um­ schaltkontakt 43 mit dem Anschluß 44 der Überwachungsschal­ tung verbunden, die der Schaltung 10 für die Linienüberwa­ chung entspricht. An dem Anschluß 44 der Überwachungsschal­ tung liegt eine Spannung von 6 V an, die in bekannter Weise wie die Schaltung 10 gemäß Fig. 1 an dem Linienwiderstand abfällt, der jetzt im Gehäuse des Signalgebers 35 vorgesehen ist. Da die Spannung kleiner als 6,8 V ist, sperrt die Ze­ nerdiode 37. Der Strom wird somit nur durch den Widerstand R _Linie begrenzt. Wenn der Relaiskontakt 43 umgeschaltet wird, liegt die volle Versorgungsspannung von z.B. 12 V an der Zusatzschaltung an. Da die Spannung somit größer ist als 6,8 V, wird die Zenerdiode 37 durchlässig. Sobald an der Basis des Transistors 39 eine Spannung von 0,7 V anliegt, schaltet der Transistor 39 durch. Dies geschieht somit so­ bald die Spannung am Eingang der Zenerdiode 37 größer als 7,5 V wird, nämlich 6,8 V Zenerspannung zuzüglich 0,7 V Basisspannung des Transistors 39, sofern der Spannungsabfall am Basiswiderstand nicht berücksichtigt wird. Bei Alarm wird der Relaisumschaltkontakt 43 in der Zentrale oder mit einer entsprechenden elektronischen Umschalteinrichtung direkt mit der Batteriespannung U _Batt von z.B. 12 V verbunden. Die Zenerdiode 37 wird durchlässig und steuert über den Vorwi­ derstand 38 den Transistor 39 durch. Dieser schaltet das Relais 41 der Zusatzschaltung 50, so daß an dem eigentlichen Alarmgeber 42 die volle Spannung ansteht. Der Ausgang der be­ kannten Komparatorschaltung löst eine Sabotagemeldung bei Manipulation am Widerstand R _Linie aus. Dies würde zwangsläu­ fig zur Folge haben, daß nach jedem Vollalarm automatisch Sabotagealarm ausgelöst würde, da ja durch den Relaiskontakt die Linie unterbrochen würde. Um dies zu verhindern, ist die Schaltungsanordnung 51 gemäß Fig. 6 vorgesehen. Diese setzt sich im wesentlichen zusammen aus dem nachtriggerbaren Mono­ flop 47 und einem Und-Gatter 48. Es kann zum Beispiel im Grundzustand des Monoflops 47 ein Hoch-Signal an dessen Ausgang 49 anliegen. Wird die Sirenenleitung sabotiert, bringt der Ausgang der Schaltung 10 nach Fig. 1 ebenfalls ein Hoch-Signal. Somit ist die Und-Bedingung erfüllt und das Signal gelangt zur Sabotageauswertung. Gelangt ein Signal von der Alarmsteuerung auf die Schaltungsanordnung 51, springt das Monoflop 47 in den Arbeitszustand und wird das Relais 41 für den externen Alarmgeber 42 wird angesteuert.

Während der Verweilzeit des Monoflops 47 liegt an dessen Aus­ gang ein Niedrig-Signal, so daß die Und-Bedingung nicht mehr erfüllt ist und kein Sabotagealarm ausgelöst wird. Da das Monoflop 47 nachtriggerbar ist, bleibt es so lange im Ar­ beitszustand, bis kein Signal mehr von der Alarmsteuerung ansteht. Danach fällt es nach der vorausbestimmten Verweil­ zeit in den Grundzustand zurück. Gleichzeitig fällt auch das Relais 41 ab, und es fließt nur noch der normale Linienüber­ wachungsstrom. Die Verweilzeit des Monoflops 47 ist so fest­ zulegen, daß sie etwas größer ist als die Zeit, die der Relaiskontakt 52 benötigt, um sicher umzuschalten.

Von besonderem Vorteil ist die sofortige Erkennung von Sabo­ tageversuchen durch Fremdgleichspannung. Überschreitet der Wert des Widerstandes R _Linie die festgelegten Grenzwerte, liegt am Ausgang der Schaltung 30 ein lineares Hoch-Signal an. Bei Fremdgleichspannung würde ein intermittierendes Hoch-Signal am Ausgang anstehen, dessen Frequenz von der Taktfrequenz der Schaltung 30 abhängt. Diese Tatsache ergibt sich zwangsläufig aus dem Spannungs-Zeit-Diagramm der Schal­ tung 30.

Die Verwendung des Rechteckgenerators 17 zur Erhöhung der Sabotagesicherheit und der Einsatz der Zusatzschaltung 50 mit Zenerdiode 37, Transistor 39 und Relais 41 für den Sig­ nalgeber 35 ist außerordentlich vorteilhaft. Bei bekannten Schaltungen zur Überwachung von Signalgebern mit Stromrich­ tungsumkehr und somit nur einer Diode in dem überwachten Signalgeber neben dem Linienwiderstand erfolgt die Umschal­ tung elektronisch mittels eines Schalttransistors in der Zentrale. Hierbei fällt sowohl am Schalttransistor als auch an der Diode die Spannung ab. Der Spannungsabfall beträgt etwa jeweils ca. 0,7 V, so daß der gesamte Spannungsabfall ca. 1,4 V beträgt. Bei Erreichen der Endladeschlußspannung der Batterie bei Netzausfall und unter Berücksichtigung des Leitungswiderstandes vermindert sich daher die an dem Sig­ nalgeber anliegende Spannung fast um die Hälfte, so daß der Signalgeber nur noch ein Viertel seiner Leistung abgeben kann. Bei der beschriebenen neuen Schaltung entfällt durch die Verwendung des Relais 41 der Spannungsabfall von 1,4 V, da die Relaiskontakte praktisch keinen Widerstand haben. Sofern z.B. ein gekapseltes Reedrelais verwendet wird, ist die Störanfälligkeit außerordentlich gering. Der notwendige Erregerstrom ist im Verhältnis zur Leistungsaufnahme des Signalgebers 35 ebenfalls vernachlässigbar, da er kleiner als 10 mA ist.

Claims (7)

1. Schaltung für die Überwachung von mit Gleichstrom be­ triebenen elektronischen Alarmanlagen mit einer Melde­ linie zum Schutz der Schaltung der Alarmanlage gegen Sabotage, mit einer Komparator-Meßbrückenschaltung mit mindestens zwei Komparatoren, deren Ausgänge über Dioden mit der Alarmschaltung und deren Eingänge mit einem Linienwiderstand und über Widerstände mit der Gleich­ stromquelle verbunden sind, die mit dem Linienwiderstand in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Gleichstromquelle (52) verbundene Widerstände auf­ weisende Leitungsstrang (36) an den invertierenden Ein­ gang (9) des Komparators K 1 und dem nichtinvertierenden Eingang (12) des Komparatoren K 2 angeschlossen und mit einem Rechteckgenerator (17) verbunden ist, dessen Aus­ gangssignale mittels eines Kondensators (19) im Bereich des Anschlusses (22) an den Leitungsstrang (36) sinus­ ähnlich ausbildbar sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den Anschluß (22) die an dem invertierenden Eingang (9) des Komparators K 1 und dem nicht invertierenden Eingang (12) des Komparators K 2 sowie dem Anschluß (4) des nichtinvertierenden Eingangs (8) des Komparators K 1 und des invertierenden Eingangs (11) des Komparators K 2 anliegenden Spannungen einen durch den Rechteckgenerator (17) vorbestimmten parallel zueinander ausgerichteten schwingungsförmigen Verlauf aufweisen.

3. Schaltung nach Anspruch 1 und 2 für eine Scharf/Un­ scharfschaltung eines Schaltschlosses, mit zwei Kompara­ toren zur Überwachung der Zuleitung und einem Komparator zur Scharfschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtinvertierende Eingang (54) des Komparators K 3 zur Scharfschaltung mit dem nichtinvertierenden Eingang (8) des Komparators K 1 und dem invertierenden Eingang (11) des Komparators K 2 in Verbindung steht, daß der inver­ tierende Eingang (53) des Komparators K 3 an den Lei­ tungsstrang (36) angeschlossen ist, daß die Ausgänge (6, 7) der Komparatoren K 1, K 2 mit einer Sabotageauswerte­ leitung (25) und der Ausgang (34) des Komparators K 3 mit einer Scharfschaltungsleitung (32) verbunden ist und daß die Sabotageauswerteleitung (25) und die Scharfschal­ tungsleitung (32) über eine von der Sabotageauswertelei­ tung (25) zur Scharfschaltungsleitung (32) gerichteten Diode (31) miteinander verbunden sind.

4. Schaltung nach Anspruch 1 und 2 zur Überwachung externer Signalgeber, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (6, 7) der Komparatoren K 1, K 2 mittels Anschlußleitungen (55, 56) über eine Zusatzschaltung (50) mit dem Signal­ geber (35) verbunden sind, wobei an die eine Anschlußlei­ tung (55) eine Gleichstromquelle (52) für den Sig­ nalgeber (35) angeschlossen ist, und die über eine Zenerdiode (37) mit der Basis eines Transistors (39) verbunden ist, dessen einer Ausgang mit einem Relais (41) zur Schaltung des Signalgebers (35) und dessen anderer Ausgang mit der anderen Anschlußleitung (56) verbunden ist, und daß zwischen beiden Anschlußleitungen (55, 56) ein Linienwiderstand R _Linie angeordnet ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Linieneingang mit dem Signalgeber (35) verbunden ist.

6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anschlußleitung (55) ein Relais-Umschaltkontakt (43) angeordnet ist, der mit der Gleichstromquelle (52) verbunden ist.

7. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung eines Sabotagealarms bei Eintritt eines Vollalarms zwischen der Sabotageauswerteleitung (25) und der Schaltung (10) ein Und-Gatter (48) angeordnet ist, das mit einem Monoflop (47) verbunden ist, der eingangs­ seitig mit dem Relais (41) in Verbindung steht.