Главная » Статьи по системам безопасности - видеонаблюдение, скс, скд, атс » Надежность неадресных систем пожарной сигнализации
Статьи

Надежность неадресных систем пожарной сигнализации

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91229

Надежность систем пожарной сигнализации во многом определяется физическими принципами получения информации о состоянии извещателей в шлейфе сигнализации, то есть методом контроля состояния шлейфа. Дополнительные функции и «навороты» являются логическими довесками этой информации и как показатели качества или надежности всерьез рассматриваться не могут.

Традиционно существующие методы контроля состояния шлейфов можно свести к трем типам:

  • контроль по напряжению;
  • контроль по току;
  • контроль при модуляции тока или напряжения.

Первые два метода используются для оценки состояния пороговых извещателей, третий ­ адресных и адресноаналоговых. В ряде случаев применяется комбинация первого и второго типов. Рассмотрим более подробно методы контроля пороговых извещателей.

В последнее время наибольшее распространение получил способ контроля шлейфов по напряжению (рис. 1а). Основная идея состоит в том, что внутреннее сопротивление прибора (Rпр) совместно с оконечным резистором (Rок), резисторами извещателей (Rи), паразитными сопротивлениями утечки и цепей шлейфов образуют делитель напряжения, выходное напряжение которого (Uшс) зависит от состояния шлейфа. Метод является основным для приборов охранной сигнализации, но с развитием комбинированных охранно-пожарных приборов стал применяться не только в пожарной сигнализации, но и в приборах пожарной автоматики.

На рис. 1б показана эквивалентная схема шлейфа при срабатывании нормально замкнутого извещателя, на рис. 1в ­ нормально разомкнутого (паразитные сопротивления цепей шлейфа и утечки не показаны). Очевидно, что при срабатывании нормально-замкнутого извещателя напряжение в шлейфе увеличивается, а при срабатывании нормально-разомкнутого ­ уменьшается. С учетом границ на допуски распределение напряжения в шлейфе в зависимости от состояний показано на рис. 2.

Jpg 439x277, 15547 байт

Jpg 282x301, 5991 байт

Рис. 1

Png 375x229, 25483 байт

Рис. 2

Даже самый поверхностный взгляд на структуру шлейфа позволяет судить о его качестве. Собственно, достоинство у него одно ­ простота схемной реализации, а вот о недостатках следует поговорить особо.

Очевидно, что в один шлейф невозможно включить извещатели с нормально-замкнутыми и нормально-разомкнутыми контактами (срабатывание нормально-замкнутого извещателя приводит к увеличению напряжения в шлейфе, а нормально-разомкнутого ­ к уменьшению, то есть при одновременном срабатывании они взаимно компенсируют друг друга). Следует крайне осторожно относиться к рекомендациям производителей, допускающих одновременное включение в такой шлейф разных извещателей. Это предполагает, что принято допущение о невозможности их одновременного срабатывания и селекция производится по времени. Теоретически это, конечно, так, однако сам по себе подход свидетельствует о крайне легкомысленном отношении к надежности.

Особые проблемы возникают при включении в шлейф активных токопотребляющих извещателей. Дело в том, что для питания извещателей необходимо обеспечить запас по напряжению в шлейфе, в том числе для работы последующих извещателей, после срабатывания первого. Кроме того, при отсутствии сетевого напряжения работа осуществляется от аккумуляторов резерва, а это предполагает значительное снижение напряжения питания. Поднять напряжение в шлейфе можно двумя способами: увеличить номинал Rок или снизить Rпр (собственно по этому признаку легко определить, что в приборе используется именно такой шлейф, как правило, изготовитель рекомендует сменить номинал оконечного резистора или установить (снять) джампер на плате при работе с активными извещателями). Распределение напряжений в шлейфе в этом случае показано на рис. 3.

Png 413x252, 25976 байт

Рис. 3

Решение проблемы питания извещателей автоматически порождает массу других проблем: значительное увеличение напряжения в шлейфе делает «малозаметной» разницу между «обрывом» и «нормой». При малом числе извещателей прибор может периодически обнаруживать «обрыв», при большом ­ последние понижают напряжение в шлейфе за счет собственного тока потребления так, что частичный обрыв шлейфа вместе с оконечным резистором может оказаться «незаметным» (оставшиеся извещатели своими сопротивлениями Rэ будут имитировать «оконечку»). И наконец, при большом количестве извещателей они просто могут «просадить» шлейф до перехода в состояние «Пожар» (особенно это заметно при большом числе извещателей, когда флуктуация их тока потребления или сопротивления утечки будет периодически давать «ложняки», относя их появление к разряду «непознанное»). К слову, это именно та причина, по которой производители не рекомендуют подключать более 20 извещателей в шлейф.

Есть у этого шлейфа и еще один недостаток, из разряда тех, о которых много говорят, но мало оценивают, а именно, помехоустойчивость. Ее качественное влияние можно оценить, если рассмотреть взаимосвязь шлейфа и источника помехи в виде электрической схемы (рис. 4).

Jpg 439x219, 9407 байт

Рис. 4

Эквивалентное сопротивление цепи переноса помехи моделирует затухание электромагнитных (электрических или магнитных) полей при переносе от источника помехи к приемнику. Эквивалентным сопротивлением цепи шлейфа является сопротивление наведенным токам и складывается из Rпр, Rок, сопротивлений цепей шлейфа, утечки и т.п. Так как эквивалентное сопротивление цепи шлейфа велико, то даже при больших сопротивлениях цепи переноса помехи влияние источника помехи на шлейф достаточно заметно (кстати, одним из основных способов повышения помехоустойчивости является снижение сопротивления цепей приемника помехи). Автору доводилось наблюдать, как при включении локатора «дальнего привода» большинство шлейфов прибора сигнализации в аэропорту переходило в режим «внимание», «пожар», «неисправность» и далее со всеми остановками.

Частично изложенные выше проблемы решаются путем повышения напряжения в шлейфе переходом на питание прибора от 24 В или за счет повышающих преобразователей напряжения. Это предполагает значительные, хорошо распознаваемые перепады напряжений при смене состояний шлейфа, но не устраняет ни плохой помехоустойчивости, ни возможности одновременного включения в шлейф извещателей различных типов.

Альтернативным методом контроля пороговых извещателей является контроль по току. Собственно, для пожарной сигнализации и автоматики он долгое время являлся классическим и сейчас незаслуженно отодвинут на второй план. Теоретически, переход от контроля по напряжению к контролю по току достаточно прост, для этого требуется убрать сопротивление Rпр и установить низкоомный датчик тока Rд.

Низкоомное сопротивление Rд не оказывает заметного влияния на распределение напряжений в шлейфе. Это обстоятельство позволяет избавиться от проблем подключения активных извещателей, поскольку их количество, а также сработки не влияют на изменение напряжения в шлейфе и определяются только нагрузочной способностью схемы источника питания шлейфа. Распределение уровней токов в таком униполярном шлейфе инверсно по отношению к шлейфу с контролем по напряжению (рис. 6) и не лишено существенных недостатков. В частности, приходится постоянно обеспечивать значительный тестовый ток контроля шлейфа (ухудшение энергетических показателей), отсутствует возможность подключения различных типов извещателей, плохо решаются задачи разграничения состояний шлейфа (аналогично, как и в шлейфе с контролем по напряжению).

Jpg 449x311, 16200 байт

Рис. 6

В силу этих проблем униполярные токовые шлейфы не получили практического применения. Развитием токовой технологии стали знакопеременные шлейфы, исключающие все вышеперечисленные недостатки. Полярность напряжения в шлейфе в каждом такте измерения меняется на противоположную, как показано на рис. 7.

Png 437x276, 29427 байт

Рис. 7

В прямом цикле напряжения (порядка 800 мс) производится питание нормально-разомкнутых токопотребляющих извещателей и контроль шлейфа на замыкание. В цикле обратной полярности (примерно 50 мс) осуществляется контроль нормально-замкнутых извещателей и цепей шлейфа на обрыв. В качестве оконечного элемента в знакопеременном шлейфе обязательно присутствует диод, в прямом цикле напряжения он включен в обратном направлении и потери на нем отсутствуют. В обратном цикле из-за его короткой длительности потери так же незначительны.

Достоинства шлейфов подобного типа очевидны: контроль большого числа активных извещателей с одновременным включением извещателей с нормально-замкнутыми и нормально-разомкнутыми контактами, простота и надежность контроля исправности цепей и определения количества сработавших извещателей, высокая помехоустойчивость (о потенциальной возможности таких шлейфов можно судить хотя бы по тому, что в большинстве приборов где они используются, в шлейф без особых проблем можно включать 100 и более дымовых извещателей). К недостаткам можно отнести только сложность и т.н. «дороговизну схемной реализации», но это уже, как говорится, проблемы изготовителей.

Дополнительно можно упомянуть комбинированные знакопеременные шлейфы как компромисс между сложностью и качеством. В этих шлейфах контроль и питание активных извещателей осуществляется по току, а пассивных нормально-замкнутых ­ по напряжению. По основным функционально-надежностным показателям они практически идентичны полнотоковым шлейфам, а платой за упрощение является снижение помехоустойчивости при контроле нормально-замкнутых извещателей.

Возвращаясь к теме алгоритмических методов повышения надежности, можно отметить, что их основной задачей является выделение набора признаков, соответствующих достоверному или ложному факту, и их сопоставление для принятия решения. При контроле извещателей можно выделить ряд событий, которые должны быть исключены для снижения вероятности ошибки. Эти события классифицируются следующим образом:

  • ложное срабатывание извещателей;
  • воздействие на шлейф электромагнитных помех; · влияние нежелательных эксплуатационных факторов: ухудшение сопротивления контактов, возрастание токов утечки и т.п.

    Причина ложного срабатывания извещателей кроется в самих извещателях, и единственным способом ее исключения является верификация, то есть снятие напряжения шлейфа с его последующим восстановлением и повторным контролем сработки (пересброс извещателей).

    Воздействие электромагнитных помех может проявляться по-разному, в рамках программной обработки, как правило, используются удаление аномальных выбросов сигнала, цифровая фильтрация наводок питающей сети, увеличение времени контроля (увеличение числа опросов состояния). Не следует полагать, что подобные меры являются панацеей. Постоянно действующее электромагнитное поле помехи с частотой, отличной от сетевой, наведенное в проводах шлейфа, может детектироваться на нелинейных элементах схемы прибора и извещателей и прикладываться к измерительной цепи в виде постоянного смещения (вот, где требуется низкоимпедансный шлейф).

    Для исключения нежелательных эксплуатационных факторов наиболее распространенным является алгоритм адаптивного контроля состояния. Принцип его работы показан на рис. 8.

    Jpg 365x215, 9288 байт

    Рис. 8

    Прибор постоянно отслеживает медленно изменяющиеся уровни тока (напряжения) в шлейфе и, вычисляя его средний уровень, использует как точку привязки (похоже на принцип автокомпенсации запыленности камеры в дымовых извещателях). Фактом сработки считается бросок сигнала относительно среднего уровня на требуемую величину и его последующая фиксация. Дрейф сигнала вследствие утечек, ухудшения контактов или деградации извещателей, медленно достигающий порога срабатывания, идентифицируется как неисправность.

    Шлейфы с модуляцией тока или напряжения применяются в системах адресной и адресно-аналоговой сигнализации. Поскольку в таких приборах обмен информацией осуществляется в виде кодовых посылок, имеет смысл говорить не о шлейфах сигнализации, а о цифровых линиях связи. Рассмотренные принципы работы шлейфов сигнализации относятся, в первую очередь, к неадресным приемно-контрольным приборам, где другим способом информация от извещателей получена быть не может.

    Забегая вперед, следует отметить, что время моноблочных неадресных приборов с пороговыми шлейфами сигнализации средней и большой информационной емкости уже прошло.

    С чем это связано? В первую очередь, трудозатраты на монтаж систем с использованием таких приборов являются очень высокими, в основном за счет необходимых кабельных работ. Боксы, шплинты, распределительные муфты, телефонные коробки и длинные проводные линии. Ремонт таких систем без кабельного плана и трасс линий просто невозможен, почему со временем эти системы обрастают «большой бородой». Неправильно разделанные кабели (скрещенные пары) будут всю жизнь постоянно вызывать ложные срабатывания из-за синфазных наводок. Ну и как принято говорить у связистов, «связь ­ это наука о контактах». Эксплуатационные расходы становятся равными затратам на сам первичный монтаж. Таким образом, дешевизна самих приборов многократно перекрывается стоимостью работ и последующим обслуживанием.

    Немаловажным критерием эффективности приемно-контрольных приборов является ток потребления. Это обусловлено необходимостью резервирования электропитания на 24 + 3 ч. При токах потребления более 500 мА емкость аккумуляторных батарей должна быть не меньше 23 А/ч. Такой резервируемый источник питания дешевым быть в принципе не может. Это еще одна дополнительная статья затрат. А вот когда несколько приборов с внешним питанием пытаются объединить по цифровой линии связи, иногда «забывают» передать состояние от каждого из них основного и резервного источников, а подчас это вообще и не предусмотрено.

    Jpg 409x203, 8807 байт

    Рис. 9

А. Пинаев, М. Никольский

Взято с http://os-info.ru

18.07.2010



------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Облако тегов:
Надежность неадресных систем пожарной сигнализации Надежность Неадресная система Пожарная сигнализация
В одном метре 100 сантиметров - и это ещё не считая миллиметров!