Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von automatisierten Leiterlogikprogrammen, die in der Lage sind, die Sicherheit von Feuerlöschsystemen zu gewährleisten, und zwar in der Lage sind, die Sicherheit von Feuerlöschsystemen zu gewährleisten, die für die Sicherheit von Feuerlöschsystemen von Bedeutung sind, und die Verwendung von automatischen Steuerungslogiken, die von programmierbaren Steuerungslogiken, die von programmierbaren Steuerungslogiken, die von programmierbaren Steuerungslogiken und von programmierbaren Steuerungslogiken für automatisierte Feuerlöschsysteme verwendet werden, sowie von programmierbaren Steuerungslogiken, die von programmierbaren Steuerungslogiken und von programmierbaren Steuerungslogiken für automatisierte Feuerlöschsysteme verwendet werden, sowie von programmierbaren Steuerungslogiken für programmierbare Steuerungslogiken, die eine schnelle und genaue Reaktion auf Brandereignisse gewährleisten und gleichzeitig Fehlalarme minimieren.

Grundlagen der Ladder Logic

Die Leiterlogik ist eine graphische Darstellung von Steuerschaltungen, die Symbole für Eingänge (Kontakte) und Ausgänge (Spule) verwendet, die in horizontalen Sprossen zwischen zwei vertikalen Stromschienen verbunden sind. Jede Sprosse bildet eine logische Bedingung, die bestimmt, ob die Ausgangsspule eingeschaltet ist. Die SPS scannt das Programm sequentiell ab, aktualisiert die Ausgänge basierend auf Eingangszuständen. Die Beherrschung der Grundkomponenten ist unerlässlich, bevor ein Brandschutzsystem in Angriff genommen wird.

Kontakte und Spulen

Kontakte stellen physikalische Eingänge dar, wie Sensoren, Schalter oder Druckknöpfe, die normalerweise geöffnet (NO) oder normalerweise geschlossen (NC) sein können. In der Leiterlogik wird ein normalerweise geöffneter Kontakt die Leistung durchgelassen, wenn der entsprechende Eingang wahr (aktiv) ist, während ein normalerweise geschlossener Kontakt die Leistung durchläuft, wenn der Eingang falsch (inaktiv) ist. Spulen stellen Ausgabegeräte wie Alarme, Magnete oder Aktuatorventile dar. Wenn eine Sprosse logisch wahr ist, wird die Spule erregt.

Zu den Schlüsselsymbolen gehören:

  • -|| : Normalerweise offener Kontakt
  • -|/|- : Normalerweise geschlossener Kontakt
  • —( )— : Ausgangsspule
  • —(L)— : Rastspule (Setzt Ausgang bis Zurücksetzen)
  • —(U)— : Entriegelungsspule (Resets Ausgang)

Grundlegende logische Operationen

Die Logik der Leiter implementiert die Boolesche Algebra. Serienkontakte erzeugen eine UND-Funktion: beide müssen wahr sein. Parallelkontakte erzeugen eine ODER-Funktion: mindestens eine muss wahr sein. Durch die Kombination dieser Funktionen können komplexe Entscheidungsbäume erstellt werden. Zur Brandunterdrückung werden Sensoreingaben (Rauch, Hitze, Flamme) mit Timern, Zählern und Vergleichsanweisungen kombiniert, um zuverlässige Erkennungs- und Aktivierungssequenzen zu erzeugen.

Brandschutzsystemkomponenten

Ein typisches automatisiertes Brandschutzsystem umfasst Sensoreinrichtungen, eine SPS und Betätigungsmechanismen, deren Zusammenspiel für die Programmierung entscheidend ist.

  • Sensoren: Rauchdetektoren (Ionisation oder photoelektrisch), Hitzedetektoren (feste Temperatur oder Anstiegsrate), Flammendetektoren (Ultraviolett oder Infrarot) und manuelle Pull-Stationen.
  • PLC: Der Controller, der das Leiterlogikprogramm ausführt. Er muss über eine ausreichende Ein-/Ausgabekapazität (I/O) verfügen und für die Umgebung (z. B. Temperatur, Feuchtigkeit) ausgelegt sein.
  • Aktuatoren: Magnetventile für Wasser- oder Gasfreigabe, Motorstarter für Feuerlöschpumpen, akustische / visuelle Alarme und Notabschaltungsrelais.
  • Interface: Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) für die Überwachung und manuelle Steuerung, oft integriert mit einem Gebäudemanagementsystem.

Das Verhalten jeder Komponente muss in der Leiterlogik unter Verwendung der richtigen Adressierung und Skalierung genau reflektiert werden.

Entwerfen des Ladder Logic Program

Ein systematischer Entwurfsansatz stellt sicher, dass das Programm die Sicherheitsstandards (z. B. NFPA 72, NFPA 2001) und die betrieblichen Anforderungen erfüllt.

Sensoreingänge und Signalkonditionierung

Rohe Sensorsignale können digital (ein/aus) oder analog (z. B. Temperaturwert) sein. Digitale Eingänge werden direkt mit SPS-Eingangsmodulen verdrahtet. Analoge Eingänge erfordern eine Umwandlung in technische Einheiten (z. B. Grad Fahrenheit) unter Verwendung von Skalierungsanweisungen. Aus Gründen der Zuverlässigkeit werden normalerweise geschlossene Kontakte für kritische Eingänge wie Überwachungssignale verwendet, so dass ein Verdrahtungsfehler einen Alarm auslöst (fail-safe).

Beispiel: Der Alarmkontakt eines Rauchmelders (NO) ist mit einem SPS-Eingang verbunden. Wenn Rauch erkannt wird, schließt der Kontakt und die Leiterlogik sieht einen echten Eingang.

Logik zur Erkennung und Verifikation

Um Fehlaktivierungen durch einen einzelnen defekten Sensor zu verhindern, ist ein Abstimmungsschema zu implementieren.

  • UND Logik (Cross-Zone): Zwei Sensoren (z.B. Rauch und Hitze) müssen beide Feuer innerhalb eines Zeitfensters vor der Aktivierung anzeigen.
  • ODER Logik mit Timer: Jeder einzelne Sensor löst einen Voralarm aus, aber die Unterdrückung wird nur aktiviert, wenn er von einem zweiten Sensor innerhalb einer Minute bestätigt wird.
  • Zwei-von-drei (2oo3): Für Systeme mit hoher Zuverlässigkeit müssen mindestens zwei von drei Sensoren übereinstimmen.

Leiterlogik für eine UND-Konfiguration: Rung 1: Rauch A UND Hitze B → Alarm aktivieren. Rung 2: Alarm aktivieren → Alarmausgang aktivieren.

Timer (TON – Timer On Delay) werden verwendet, um Sensoreingaben zu entkräften und Zeitfenster zu erstellen.

Aktivierungssequenzen

Sobald der Brand bestätigt ist, muss die Abfolge der Unterdrückungsaktionen einer vordefinierten Reihenfolge folgen.

  1. Aktivieren Sie akustische und visuelle Alarme, um die Insassen zu warnen.
  2. Starten Sie Verzögerungen vor der Entladung (z. B. 30 Sekunden), um die Evakuierung zu ermöglichen.
  3. Abschalten von HVAC-Dämpfern oder Abgasventilatoren zur Aufnahme des Suppressivums.
  4. Freisetzungsunterdrückungsmittel (Wasser aus Sprinklern, FM-200, Novec 1230, etc.).
  5. Überwachung der Bedingungen nach dem Entladen; wenn der Brand anhält, Backup-Systeme aktivieren.

Jeder Schritt erfordert eine eigene Sprosse mit geeigneten Timern, Interlocks und manuellen Override-Eingaben.

Beispielleiter Logikprogramm

Es wird nun ein ausführliches Leiterlogikbeispiel für ein vereinfachtes Brandunterdrückungssystem mit zwei Rauchmeldern (Smoke1, Smoke2), einem Hitzemelder (Heat), einem Alarmausgang, einem Sprinklerventil und einem Gasentlastungsventil vorgestellt, wobei die Logik eine bereichsübergreifende Erkennung und eine zeitliche Freigabesequenz implementiert.

Rung 1 – Cross-Zone Detection:

Erklärung: Alarm Enable ist gesetzt (latched), wenn Smoke1 UND Smoke2 beide aktiv sind, ODER Wärme allein aktiv ist.

Rung 2 – Alarm und Pre-Discharge Timer:

Erklärung: Wenn Alarm Enable wahr ist und der Pre-Discharge Timer (PreDelay Timer) nicht fertig ist, wird die Alarmausgabe eingeschaltet. Der Timer startet und zählt bis 30 Sekunden.

Rung 3 – Sprinkler-Aktivierung:


Erklärung: Nach der 30-Sekunden-Verzögerung (DN = Fertig) öffnet sich das Sprinklerventil, es sei denn, ein manuelles Übersteuern oder eine System-Deaktivierung ist aktiv.

Rung 4 – Gasfreisetzung (wenn das Feuer nach Sprinklern weitergeht):


Erklärung: Wenn der Sprinkler aktiv ist UND der Hitzedetektor nach 60 Sekunden (unter Verwendung eines anderen Timers) ausgelöst bleibt, wird der Gasfreigabemagnet erregt.

Dieses Beispiel verdeutlicht, wie Verriegelungen, Zeitgeber und Verriegelungen kombiniert werden, bei Produktionssystemen zusätzliche Sprossengriffrückstellungen, manuelle Zugstationen und Kommunikation mit Überwachungszentren.

Sicherheitsüberlegungen

Die Brandunterdrückung muss vor allem Sicherheit priorisieren. Die folgenden Prinzipien leiten robuste Leiterlogik-Design.

  • Fail-safe design: Verwenden Sie normalerweise geschlossene Kontakte für kritische Sicherheitssensoren.
  • Manuelle Überschreibungen: Bereitstellung physischer und softwarebasierter Überschreibungen, um die automatische Unterdrückung während der Wartung oder Fehlalarme zu deaktivieren.
  • Interlocks: Stellen Sie sicher, dass die Unterdrückung deaktiviert ist, wenn sich die Erkennungsschaltungen im Testmodus befinden oder wenn sich das Personal im geschützten Bereich befindet (z. B. Sperrung / Tagout).
  • Redundante Controller: Verwenden Sie in Umgebungen mit hohem Risiko Dual-SPS mit heißem Standby oder Abstimmung, um einzelne Fehlerpunkte zu vermeiden.
  • Einhaltung mit Standards: Folgen Sie NFPA 72 (National Fire Alarm Code), NFPA 2001 (Clean Agent Fire Exlishing Systems) und lokalen Bauvorschriften.

Testen und Validieren

Vor dem Einsatz ist ein strenges Testen unter simulierten Bedingungen obligatorisch; verwenden Sie den eingebauten Simulationsmodus der SPS oder einen Offline-Emulator zur Verifizierung der Logik; Erstellen Sie Testfälle für:

  • Einzelsensoraktivierung – sollte keine vollständige Unterdrückung auslösen, wenn eine Abstimmung erforderlich ist.
  • Mehrere Sensoraktivierungen – Überprüfen Sie die korrekte Sequenz und Timer.
  • Sensorausfall (offener oder Kurzschluss) – System sollte auf Probleme hinweisen.
  • Manuelles Übersteuern – Unterdrückung muss gehemmt werden.
  • Leistungsverlust und Neustart – sorgen Sie für eine ordnungsgemäße Wiederherstellung des Zustands.

Dokumentieren Sie alle Testergebnisse und halten Sie sie als Teil des Systemakzeptanzpakets bereit. führen Sie auch Integrationstests mit der tatsächlichen Hardware durch, überprüfen Sie die Verdrahtung, die Reaktionszeiten des Aktors und die Kommunikation mit dem Gebäudealarmsystem.

Instandhaltung und Dokumentation

Die Logikprogramme der Leiter erfordern eine laufende Wartung. Wenn sich die Anlagenlayouts ändern oder neue Sensoren hinzugefügt werden, muss das Programm entsprechend aktualisiert werden. Der Revisionsverlauf und das Änderungsprotokoll müssen gespeichert werden.

  • Eine vollständige I/O-Karte, die jeden Sensor und jeden Aktor mit seiner SPS-Adresse verbindet.
  • Annotierte Leiterlogikdrucke mit Sprossenerklärungen.
  • Standardverfahren für manuelle Eingriffe.
  • Eine Systembeschreibung, die die Detection- und Aktivierungsphilosophie umreißt.

Regelmäßige Tests (z. B. vierteljährlich) sollten sicherstellen, dass die Logik ihre Designziele noch erfüllt.

Für weitere Informationen zu Best Practices für die PLC-Programmierung sollten Sie Ressourcen aus der PLCdev-Community und NFPA in Betracht ziehen.

Schlussfolgerung

Die Erstellung von Leiterlogikprogrammen für automatisierte Brandunterdrückungssysteme ist eine Aufgabe, die Elektrotechnik, Sicherheitstechnik und Softwarelogik kombiniert. Durch das Verständnis der Leiterlogik, das systematische Entwerfen von Erkennungs- und Aktivierungssequenzen, die Durchsetzung von Sicherheitsverriegelungen und das strenge Testen des Programms können Ingenieure Systeme liefern, die Leben und Eigentum schützen. Immer die geltenden Codes einhalten und sich an zertifizierte Brandschutzexperten wenden. Mit sorgfältiger Konstruktion und Wartung bietet ein SPS-basiertes Brandunterdrückungssystem jahrelang zuverlässigen, automatischen Schutz.