|
DOI: 10.7256/2454-0714.2023.3.43682
EDN: ZSVLGS
Дата направления статьи в редакцию:
31-07-2023
Дата публикации:
05-10-2023
Аннотация:
Этот научный труд проводит глубокий анализ охранно-пожарной системы, рассматриваемой как инструмент обеспечения безопасности различных объектов – от промышленных зданий до жилых помещений. Основой для изучения служат две ключевые подсистемы: система пожарной сигнализации, предназначенная для обнаружения и оповещения о возникновении пожара, и система охранной сигнализации, задачей которой является обнаружение попыток незаконного вторжения. Для каждой из этих подсистем исследуются их функции и компоненты, описывается механизм действия, принципы работы, а также возможные варианты реализации в зависимости от конкретных условий и требований к безопасности. При этом ставится акцент на трех типах автоматической пожарной сигнализации: пороговой, адресно-опросной и адресно-аналоговой, каждая из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки. Статья не ограничивается теоретическим анализом и представляет результаты практического исследования трех основных типов охранно-пожарных систем: проводной, беспроводной и адресной. Исследование проведено на основе специально разработанного учебного стенда, который позволяет имитировать работу охранно-пожарной системы в условиях, максимально приближенных к реальности. Статья демонстрирует схемы подключения извещателей, объясняет их состояния в режимах "норма" и "тревога". Отмечается, что были измерены токи и напряжения шлейфов сигнализации в различных режимах. Представлены диаграммы зависимостей этих параметров, а также измерены пороговые уровни срабатывания сигнализации. Представленное в работе исследование обеспечивает ценный вклад в изучение и оптимизацию охранно-пожарных систем, предоставляя значимые данные для разработки и тестирования этих систем. Статья может быть полезна для специалистов в области охранно-пожарной безопасности и для тех, кто заинтересован в улучшении эффективности этих систем.
Ключевые слова:
лабораторный стенд, охранно-пожарная система, извещатель, оповещатель, приемно-контрольный прибор, шлейф сигнализации, схема подключения, вольтамперные характеристики, системы безопасности, измерения
Abstract: This research work provides an in-depth analysis of the fire alarm system, considered as a security tool for a variety of facilities, from industrial buildings to residential premises. Two key subsystems serve as the basis for the study: the fire alarm system, which is designed to detect and report the occurrence of fire, and the intrusion alarm system, whose task is to detect attempts at illegal intrusion. For each of these subsystems, their functions and components are investigated, their mechanism of action, principles of operation, and possible implementation options are described, depending on the specific conditions and security requirements. At the same time, emphasis is placed on three types of automatic fire alarm systems: threshold, addressable and addressable-analog, each of which has its own features, advantages and disadvantages. The article goes beyond theoretical analysis and presents the results of a practical study of the three main types of fire alarm systems: wired, wireless and addressable. The study is based on a specially designed training stand, which allows you to simulate the operation of fire alarm systems in conditions as close to reality as possible. The article demonstrates the connection schemes of detectors, explains their states in the "normal" and "alarm" modes. It is noted that the currents and voltages of alarm loops in different modes were measured. Dependency diagrams of these parameters are presented, and the alarm threshold levels are measured. The research presented in the paper provides a valuable contribution to the study and optimization of alarm and fire systems, providing meaningful data for the development and testing of these systems. The paper can be useful for fire and security professionals and those interested in improving the performance of these systems.
Keywords: laboratory bench, fire protection system, detector, siren, monitoring device, alarm loop, wiring diagram, voltammetric characteristics, security systems, measurements
Введение и постановка проблемы
Охранно-пожарная система (далее ОПС) является важным средством защиты объекта, обеспечивая своевременное обнаружение и реагирование на угрозы. Важными параметрами ОПС являются время реакции и вероятность ложных срабатываний. Она включает подсистемы: пожарную сигнализацию (далее СПС) и охранную сигнализацию (далее СОС) [1].
СПС оповещает людей о пожароопасной ситуации и организует эвакуацию. Она включает световые и звуковые оповещатели, а также отправляет сигнал тревоги на пункт центрального управления (далее ПЦН). Может также включать системы пожаротушения и дымоудаления.
Существуют три типа автоматической пожарной сигнализации: пороговая система, адресно-опросная система и адресно-аналоговая система [2]. Пороговая система определяет срабатывание по изменению электрических характеристик линии связи, что усложняет точное определение источника срабатывания. Адресно-опросная система опрашивает каждое устройство на предмет сигнала возгорания, что позволяет точно определить его местоположение. Адресно-аналоговая система передает информацию о сигналах на панель управления, обеспечивая высокий уровень безопасности.
СОС обнаруживает несанкционированное проникновение на объект [3]. При срабатывании отправляется сигнал тревоги на ПЦН. Она контролирует безопасность объекта и работоспособность извещателей на охранном шлейфе.
Охранная сигнализация выполняет задачи: обнаружение нарушителя, формирование информационного извещения, передачу извещения и процедуры постановки на охрану и снятия с охраны [4].
Существуют три основных типа систем охранной сигнализации: проводная, беспроводная и адресная системы [5].
- Проводная система использует проводные соединения для связи между компонентами. Она состоит из приемно-контрольного блока и различных датчиков, таких как акустические, магнитоконтактные и датчики движения. Проводные системы надежны и стабильны, хотя и требуют проводов для подключения.
- Беспроводная система обеспечивает связь без использования проводов. Она имеет адресность, что позволяет точно определить место возникновения сигнала. Беспроводная система удобна в установке, но может быть подвержена влиянию внешних факторов, таких как помехи.
- Адресная система каждое устройство имеет уникальный адрес, позволяя точно определить местоположение сигнала. Она обладает функцией самотестирования датчиков и передачи информации о работоспособности. Адресные системы обеспечивают высокий уровень безопасности, но требуют больше затрат на установку и обслуживание.
Шлейф сигнализации (ШС) является проводной линией, связывающей извещатели и приемно-контрольный прибор. Он передает тревожные и служебные сигналы, а также может использоваться для питания извещателей. ШС может быть двухпроводным и содержать выносные элементы для правильной работы системы. Он характеризуется электрическими параметрами, такими как ток, напряжение и сопротивление. Состояния шлейфа включают "норму" (протекающий ток), "обрыв" (отсутствие тока) и "замыкание" (увеличение тока) [6].
Пороговые извещатели активируются, когда параметры окружающей среды достигают определенных пороговых значений, например, температуры или концентрации дыма. В статье подробно рассматриваются схемы подключения таких извещателей, а также состояния "норма" и "тревога". Главное отличие пороговых извещателей заключается в их простоте и надежности, но при этом они могут быть менее чувствительными к начальным стадиям пожара по сравнению с другими видами сигнализации.
В России пороговые извещатели широко используются в различных объектах, от жилых зданий до крупных промышленных комплексов. Их простота, надежность и относительно низкая стоимость сделали их популярным решением. Однако существуют и определенные проблемы, связанные, например, с частыми ложными срабатываниями или задержками реакции. За границей пороговые извещатели также пользуются популярностью, но в ряде стран активно разрабатываются и внедряются новые технологии, позволяющие повысить чувствительность и точность срабатывания, а также уменьшить количество ложных тревог.
Одной из главных проблем пороговых извещателей является высокий уровень ложных срабатываний. Это может быть связано с неправильной настройкой или плохой изоляцией устройства. Поэтому следует обеспечивать регулярное техническое обслуживание и калибровку устройств, а также использование современных моделей извещателей с улучшенными характеристиками. Некоторые пороговые извещатели могут реагировать на изменения условий с задержкой, что критично при быстром развитии пожара.В качестве решения рекомендуем применение комбинированных систем, включающих пороговые и другие типы извещателей.
Пороговые извещатели играют ключевую роль в обеспечении безопасности на различных объектах [7,8]. Несмотря на свои преимущества, они имеют и ряд недостатков. Важно проводить регулярные исследования и модернизацию системы для повышения ее эффективности и надежности. Такое комплексное подходит позволит обеспечить высокий уровень охранно-пожарной безопасности объектов в любых условиях.
Специально разработанный стенд для исследования пороговых извещателей может сыграть ключевую роль в решении проблематики изучения и анализа их электрических параметров. С помощью стенда можно обеспечить стандартизированные условия для всех экспериментов, что снижает вероятность ошибок из-за переменных внешних факторов. Это обеспечивает повторяемость и воспроизводимость результатов экспериментов. Стенд может быть настроен так, чтобы имитировать различные реальные условия эксплуатации: изменение температуры, влажности, уровня освещенности и других параметров. Это позволит выявить специфические особенности работы извещателей в различных сценариях. Современные стенды могут быть оборудованы системами автоматической регистрации и анализа данных. Это обеспечивает быстрое и точное сбор данных без человеческого фактора. Стенд может быть настроен на работу с различными моделями пороговых извещателей, что позволит провести комплексное сравнительное исследование различных устройств на рынке. Вместо проведения отдельных экспериментов в разных условиях и с разными инструментами, стенд позволяет централизованно управлять всем процессом, экономя при этом время и ресурсы исследователей. Стенд может служить не только инструментом для научных исследований, но и обучающей платформой для студентов и специалистов. Кроме того, он может использоваться для демонстрации потенциальным клиентам или партнерам особенностей работы различных извещателей.
Стенд для контроля и анализ пороговых извещателей
На разработанном стенде [9] доступны зажимные разъемы, которые позволяют подключать провода извещателей к шлейфу. Мы имеем возможность выбрать количество подключаемых извещателей от одного до трех. Кроме того, на входных и выходных контактах шлейфа есть штыревые разъемы диаметром 4 мм. Эти разъемы предназначены для подключения различных устройств контроля и анализа, таких как вольтметр и амперметр. Подключив такие устройства, мы сможем в реальном времени измерять вольтамперные характеристики шлейфов в различных режимах работы системы. Это позволит осуществлять контроль и анализ работы шлейфов с использованием соответствующих приборов.
Рисунок 1. Учебный стенд ОПС АСТРА – 812
Лабораторный стенд состоит из следующих компонентов (рис. 1):
- Источник питания Астра-712/0, питающий все компоненты стенда.
- Приёмно-контрольный прибор Астра-812 pro.
- Расширитель Астра-713.
- Считыватель ключей карт Matrix-II.
- Световой охранно-пожарный оповещатель Астра-10.
- Звуковой охранно-пожарный оповещатель Иволга.
- Извещатели оптико-электронные ИО 409-26.
- Извещатели охранные поверхностные звуковые ИО 329-5.
- Извещатели пожарные дымовые оптико-электронные ИП 212-45.
- Извещатели пожарные тепловые ИП 103-5/4.
- Двери с извещателями охранными магнитоконтактными ИО 102-16/2.
- Устройства контроля шлейфов УШК-01.
- Электронный вольтметр, для измерения напряжения шлейфов.
- Амперметр аналоговый, для измерения токов шлейфов.
Для исследования вольтамперных характеристик ОПС рассмотрим подробно каждый из шлейфов сигнализации на стенде.
Шлейф магнитоконтактных извещателей ИО 1-2-162. На рис. 2 представлена последовательная схема подключения извещателей, соединённые общим шлейфом «питание» и «земля», где на конце шлейфа находится оконечный резистор Rок. Извещатели состоят из геркона, закреплённые на стенде и постоянного магнита, на створке дверцы. При закрытых дверцах постоянный магнит удерживает контакты герконов в замкнутом состоянии, через шлейф течёт постоянный ток, при открытии дверцы постоянный магнит отводиться от геркона что вызывает размыкание контактов и шлейф размыкается.
Рисунок 2. Схема подключения магнитоконтактных извещателей
Рассмотрим характеристики шлейфа в различных режимах работы и событиях (рис. 3).
Рисунок 3. Вольтамперные характеристики шлейфа с магнитоконтактными извещателями
В режиме «охрана», когда все герконы замкнуты на шлейфе устанавливается напряжение 15,4 вольта и ток 4 мА. Режимы работы сигнализации в режиме «охрана» лежит в пределах от 2,9 до 5,8 мА. Если же так проваливается выше или ниже, то сигнализация выдаёт сигнал тревога. Если же происходит открытие створки или же разрыв шлейфа тогда ток падает до 0 и напряжение поднимается до 19,4 вольта, при этом ПКП не может точно идентифицировать, обрыв ли это шлейфа или открытие створки двери.
Шлейф пожарных тепловых извещателей ИП 103-5/4. На рис. 4 представлена последовательная схема подключения извещателей, соединённые общим шлейфом «питание» и «земля», где на конце шлейфа находится оконечный резистор Rок. Эти извещатели в обычном состоянии нормально-замкнутые и обладают проводимостью с минимальным сопротивлением (не более 0,5 Ом), при воздействии температуры более 60 °С происходит размыкание контакта извещателя что приводит к обрыву шлейфа.
Рисунок 4. Схема подключения противопожарных тепловых извещателей
Рассмотрим характеристики шлейфа в различных режимах работы и событиях (рис. 5).
Рисунок 5. Вольтамперные характеристики шлейфа с противопожарными тепловыми извещателями
Шлейф пожарных тепловых извещателей ИП 103-5/4. На рис. 4 представлена последовательная схема подключения извещателей, соединённые общим шлейфом «питание» и «земля», где на конце шлейфа находится оконечный резистор Rок. Эти извещатели в обычном состоянии нормально-замкнутые и обладают проводимостью с минимальным сопротивлением (не более 0,5 Ом), при воздействии температуры более 60 °С происходит размыкание контакта извещателя что приводит к обрыву шлейфа.
Шлейф противопожарных дымовых извещателей ИП 212-45. На рис. 6 представлена схема подключения извещателей, соединённые общим шлейфом «питание» и «земля», где на конце шлейфа находится оконечный резистор Rок. В извещателе находится камера с парой светодиод – фотодиод. Принцип работы заключается на рассеивании потока света при его прохождении через частицы дыма, попадающая в камеру. Светодиод создает световой поток, который улавливается фотоприёмником. Для обработки сигналов используется микропроцессор, который настроен на пороговые параметры светового потока и при их изменении замыкает шлейф на внутреннем сопротивлении Rвн, которое меньшего номинала, чем Rок [10].
Рисунок 6. Схема подключения противопожарных дымовых извещателей
Рассмотрим характеристики шлейфа в различных режимах работы и событиях.
Рисунок 7. Вольтамперные характеристики шлейфа с противопожарными дымовыми извещателями
В режиме «охрана», когда все извещатели не подвержены воздействию дыма, извещатели задействованы через шлейф и устанавливается напряжение 15,4 вольта и ток 4 мА подобно, как и в рассмотренных в предыдущих шлейфах извещателей. Режимы работы сигнализации в режиме «охрана» лежит в пределах от 2,9 до 5,8 мА. За пределами этого диапазона будет выдаваться сигнал «тревога». Если же происходит воздействие дыма в результате пожара тогда извещатель замыкает цепь шлейфа через внутренние сопротивления ток повышается до 10 мА и напряжение просаживается до 8 вольт. Возможно, ещё одно состояние — это разрыв шлейфа при этом ток падает до 0, а напряжение питания устанавливается до значения 19,4 вольта.
Шлейф пассивных акустических извещателей ИО 329-5, предназначенный для выявления разбития стекла по характерному частотному диапазону звука (около 12 кГц). На рис. 8 представлена схема подключения извещателей, соединённые общим шлейфом «питание», «земля», входной «ШС1» и выходной «ШС2». Через контакты «питание» и «земля» осуществляется питание извещателей, в которых находятся: микрофоны, микроконтроллеры, схемы записи и усиления звуков [11,12]. Через каждый из извещателей проходит информационный вывод «ШС1-ШС2», после последнего извещателя в шлейфе вывод «ШС2» замыкается на линию «земля» через оконечный элемент Rок. В разных режимах работы и событий происходит изменения вольтамперных характеристик шлейфа.
Рисунок 8. Схема подключения пассивных акустических извещателей
Рассмотрим характеристики шлейфа в различных режимах работы и событиях. Вольтамперная характеристика между «питания» и «земля» представлена на рис. 9.
Рисунок 9. Вольтамперные характеристики шлейфа питание-земля с акустическими извещателями
В режиме «норма» ток потребления 75 мА и напряжение питания 13,4 вольта. При срабатывании извещателя ток и напряжение не меняются. При обрыве шлейфа ток падает до 0 и напряжение повышается до 19,4 вольта. Другая зависимость это между «ШС1» и «земля», представленная на рисунке 10.
Рисунок 10. Вольтамперные характеристики шлейфа ШС1-земля с акустическими извещателями
При постановке на охрану между «ШС1» и «земля» устанавливается 15,4 вольта и ток 4 мА, при этом порог срабатывания по току от 3,8 до 5,1 мА. При разрыве сигнала выдается сигнал тревоги, ток при этом становится 0, а напряжение на контактах – 19,4 вольта.
Шлейф пассивных акустических извещателей ИО 409-26, предназначенный для выявления нахождения людей в зоне обзора извещателей по тепловому излучению тела в инфракрасном (ИК) излучении. На рис. 11 представлена схема подключения извещателей, соединённые общим шлейфом «питание», «земля», входной «ШС1» и выходной «ШС2». Через контакты «питание» и «земля» осуществляется питание извещателей, в которых находятся: ИК-приёмники, микроконтроллеры, для обработки сигналов и принятии решения, линза «Френеля» и светофильтры для защиты от ложных срабатываний извещателя. Через каждый из извещателей проходит информационный вывод «ШС1-ШС2», после последнего извещателя в шлейфе вывод «ШС2» замыкается на линию «земля» через оконечный элемент Rок. В разных режимах работы и событий происходит изменения вольтамперных характеристик шлейфа.
Рисунок 11. Схема подключения пассивных оптико-электронных извещателей
Рассмотрим характеристики шлейфа в различных режимах работы и событиях. Вольтамперная характеристика между «питания» и «земля» представлена на рис. 12.
Рисунок 12. Вольтамперные характеристики шлейфа питание-земля с оптико-электронными извещателями
В режиме «норма» на контактах «питание» и «земля» 13,4 вольта, ток потребления – 34 мА. При срабатывании тревоги ток просаживается до значения 26 мА на период воздействия объекта нарушения на извещатель – tв, напряжение при этом не меняется.
Зависимость это между «ШС1» и «земля», представленная на рисунке 13.
Рисунок 13. Вольтамперные характеристики шлейфа ШС1-земля с акустическими извещателями
При постановке на охрану между «ШС1» и «земля» устанавливается 15,4 вольта и ток 4 мА, при этом порог срабатывания по току от 2,9 до 5,8 мА. При разрыве сигнала выдается сигнал тревоги, ток при этом становится 0, а напряжение на контактах – 19,4 вольта.
Разработка программы для исследования пороговых извещателей
Для сбора и анализа электрических параметров пороговых извещателей разработана программа на языке программирования C#. Выбор C# как языка программирования для разработки программы исследования электрических параметров пороговых извещателей был обусловлен рядом преимуществ этого языка и платформы .NET. Эти преимущества включают в себя надежную интеграцию с операционной системой Windows, высокую производительность, доступ к современным библиотекам и возможности для дальнейшего расширения проекта. C# является ключевым языком платформы .NET, которая предоставляет множество инструментов для разработки приложений. Большинство пороговых извещателей и другого оборудования интегрировано с операционной системой Windows, что делает C# и .NET идеальным выбором для создания программ, предназначенных для работы с таким оборудованием. C# сочетает в себе выразительность современных языков программирования с строгостью и надежностью типизации. Это позволяет быстро разрабатывать сложные приложения с надежным контролем ошибок на этапе компиляции, что критично для задач, связанных с аппаратным обеспечением. Платформа .NET предоставляет разработчикам доступ к множеству библиотек и фреймворков, что упрощает интеграцию с различным оборудованием, включая пороговые извещатели. Программы на C# характеризуются высокой производительностью благодаря Just-In-Time компиляции, а также оптимизациям, предоставляемым платформой .NET. Для задач, связанных с быстрым сбором и анализом данных, это может быть критичным. Создание программы на C# позволяет легко масштабировать проект, добавляя новые функции или интегрируясь с другими системами. Это обеспечивает долгосрочную перспективу для разработанного приложения.
Разработанная программа состоит из трех основных компонентов: интерфейс пользователя (Windows Forms), модуль сбора данных (SerialPort), модуль анализа данных.
Дадим упрощенное представление разработанных компонент в виде фрагментов исходных кодов программ, реальное же приложение обладает более расширенным функционалом и описанием, что выходит за рамки данной статьи.
Разберем код, относящийся к интерфейсу пользователя на Windows Forms:
usingㅤSystem;
usingㅤSystem.Windows.Forms;
publicㅤclassㅤMainFormㅤ:ㅤForm
{
ㅤㅤprivateㅤButtonㅤanalyzeButton;ㅤ//ㅤОбъявляемㅤкнопкуㅤдляㅤанализа
ㅤㅤprivateㅤLabelㅤresultLabel;ㅤ//ㅤОбъявляемㅤметкуㅤдляㅤотображенияㅤрезультатов
ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ//ㅤКонструкторㅤосновнойㅤформыㅤприложения
ㅤㅤpublicㅤMainForm()
ㅤㅤ{
|
Cn
© 1998 – 2024 Nota Bene. Publishing Technologies. NB-Media Ltd.
