Датчики для закрытых помещений

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Nbsp; C.B.Быков ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ ОХРАННО-ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ Учебное пособие к лабораторному практикуму Новосибирск – 2007г.

УДК 681.3.067 (076.5)

ББК 32.988

3-17

Быков С.В.

Принципы построения и особенности применения

современных систем охранно-пожарной сигнализации.

Учебное пособие к лабораторному практикуму

Пособие содержит теоретическую и экспериментальную

части к лабораторной работе и предназначено для студентов

обучающихся по специальностям направления

«Информационная безопасность».

Рецензенты:

ISBN 5-902958-02-4

Содержание.

1.	Цель практикума
2.	Краткие сведения из теории
2.1	Классификация датчиков систем сигнализации
2.2	Модули сбора, отображения и регистрации информации для систем сигнализации.
2.3	Способы организации связи между основными элементами систем сигнализации.
3.	Состав учебно-лабораторного стенда
4.	Содержание и порядок выполнения лабораторных работ
4.1	Экспериментально-ознакомительная работа
4.2	Построение системы охранно-пожарной сигнализации и на основе приемно-контрольной панели «Гранит-4».
4.3	Построение системы охранно-пожарной сигнализации и на основе приемно-контрольной панели NX-6.
5.	Контрольные вопросы:
6.	Требования к содержанию отчета
7.	Список рекомендуемой литературы
8.	Приложение 1. Выбор типов пожарных извещателей в зависимости от назначения защищаемого помещения и вида пожарной нагрузки
9.	Приложение 2. Схемы подключения к приемно-контрольной панели «Гранит-4» датчиков и элементов индикации.
10.	Приложение 3. Схемы подключения к приемно-контрольной панели NX-6 датчиков и элементов индикации.
11.	Приложение 4. Фотографии стенда

1. Цель практикума

1.1. Знакомство с принципами действия и техническими характеристиками наиболее распространенных датчиков пожарной и охранной сигнализации.

1.2. Знакомство с принципами организации систем охранно-пожарной сигнализации с использованием современных приемно-контрольных панелей.

1.3. Приобретение практических навыков в построении современных систем охранно-пожарной сигнализации.

2. Краткие сведения из теории

2.1. Классификация датчиков систем сигнализации.

На рис.1 приведена классификация датчиков используемых в системах сигнализации. Необходимо отметить, что в большинстве каталогов и прайс-листах оборудования охранно-пожарной сигнализации датчики называются извещателями.

Рис.1. Классификация датчиков охранно-пожарной сигнализации.

Как видно из этого рисунка все датчики можно разделить на три группы:

- Пожарные датчики – предназначенные для предупреждения о возникновении пожара;

- Охранные датчики – предназначенные для предупреждении о вторжении на охраняемый объект;

- Совмещенные датчики – представляют собой охранный и пожарный датчик размещенные в одном корпусе. Такое конструктивное оформление датчика позволяет в некоторых случаях уменьшить трудозатраты на монтаж систем сигнализации. Так как принципиальных отличий от датчиков двух других групп они не имеют, более подробно они рассматриваться не будут.

В дальнейшем при описании существующих датчиков будут рассматриваться физические принципы и явления положенные в основу принципа функционирования датчика. Все датчики кроме ручных пожарных извещателей являются автоматическими. Это значит, что обнаружение признаков пожара происходит без участия человека. Перед подробным рассмотрением принципов действия необходимо остановиться на критериях выбора датчиков для различных помещений. С точки зрения пожарной безопасности все достаточно регламентировано. Существует документ «Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования» [1], в котором приводятся рекомендации по выбору типов пожарных датчиков, а также правила их установки в помещениях и требования к прокладке кабельных коммуникаций.

Для охранной сигнализации единых общегосударственных норм не существует. Крупные, территориально распределенные организации и ведомства разрабатывают свои технические условия в соответствии с которыми производится оснащение объектов элементами охранной сигнализации. В [2] рассматривается один из способов оценки объектов для выбора необходимого оборудования. Основой способа является сравнение времени необходимого злоумышленникам на преодоление рубежей охраны, с временем в течении которого средства защиты и сотрудники охраны могут противостоять нападению или отреагировать на него (в случае нахождения сотрудников охраны вне защищаемого объекта, например охрана квартир вневедомственной охраной). Обозначим время необходимо на преодоление рубежей охраны t_н.

t_н = t_о + t_т

t_о – время, необходимое для вывода из строя всех постов охраны поочередно нападающей группой на пути к цели,

t_т – время, необходимое для преодоления всех защитных барьеров.

Время сопротивления определяется следующей формулой:

t_з = t_с + t_д+ t_р

t_с – время задержки за счет сопротивления постов;

t_д - время задержки за счет технических средств на пути движения (решетки, укрепленные двери);

t_р – время реакции охраны на факт нападения.

Если t_з значительно больше t_н, правомерно считать, что рассматриваемое помещение достаточно защищено. При t_н больше t_з можно считать, что помещение защищено только от случайных попыток нападения малоквалифицированных злоумышленников. Если значения этих времен близки друг другу, то возможно использование дополнительных мер со стороны злоумышленников и со стороны сотрудников охраны, направленных на изменение ситуации в свою пользу. Злоумышленники могут использовать следующие меры:

- оборудование исходной позиции в смежном помещении незаметно для охраны;

- предварительное внедрение своего человека на объект и пр.

С точки зрения повысить стойкость объекта к нападению можно внедрением систем сигнализации и наблюдения.

Пожарные датчики.

В группу пожарных датчиков входят:

- ручные пожарные извещатели – представляют собой механические устройства, имеющие в своем составе рычаги или кнопки, которые после их приведения в состояние тревоги могут быть возвращены в исходное состояние только при помощи специальных приспособлений.

- датчики обнаружения дыма (дымовые датчики) – формируют сигнал тревоги при появлении в месте установки дыма с концентрацией выше определенного порога.

- датчики обнаружения избыточного тепла (тепловые датчики) – формируют сигнал тревоги если в течении определенного времени температура в месте установки выше определенного порога или если в месте установки за короткий промежуток времени (несколько секунд) произошел резкий скачок температуры.

- датчики обнаружения пламени – формируют сигнал тревоги, если в зоне действия датчика обнаружены признаки присутствия открытого огня.

- газовые датчики – формируют сигнал тревоги при повышении в помещении концентрации газов выделяющихся при горении, например углекислого газа СО₂.

- комбинированные датчики – представляют собой установленные в одном корпусе два пожарных датчика реагирующих на разные физические факторы. Например, ИП212/101-2 производства фирмы SYSTEM SENSOR LTD совмещающий дымовой и тепловой датчики.

Рассмотрим подробнее принципы, на основе которых реализуются датчики, входящие в состав каждой подгруппы.

Дымовые датчики разделяются на два основных типа: точечные датчики и линейные.

Точечные датчики определяют концентрацию дыма в месте установки датчика (при помощи чувствительного элемента установленного внутри датчика). Линейные датчики определяют превышение концентрации дыма внутри защищаемого помещения.

Рис.2. Принцип действия линейного дымового датчика.

1 – линейный дымовой датчик

2 – пассивный отражатель

3 – путь распространения инфракрасного излучения.

Линейный дымовой датчик (рис.2) состоит из инфракрасного излучателя (А) и фотоприемника (Б). При распространении излучения от излучателя до приемника происходит уменьшение его мощности. Основное уменьшение мощности происходит при наличии в воздухе взвешенных частиц (пыли, дыма). В связи с этим, если мощность излучения поступающего на фотоприемник падает меньше определенного уровня, формируется сигнал тревоги. Необходимо отметить, что чувствительность линейных дымовых датчиков ниже, чем у точечных дымовых датчиков. Линейные дымовые датчики предназначены для установки в протяженных помещениях с высокими потолками. Установка в подобных помещениях точечных дымовых датчиков сводит на нет их более высокую чувствительность, вследствие большого удаления мест установки от потенциальных мест возникновения пожара.

Точечные дымовые датчики также бывают двух типов: с естественной циркуляцией воздуха через чувствительный элемент и с принудительной циркуляцией воздуха через чувствительный элемент (аспирационные датчики). На рис.3 показано конструктивное исполнение чувствительного элемента дымового датчика с естественной циркуляцией воздуха [3]. При возникновении пожара частицы дыма проникают в чувствительный элемент дымового датчика с естественной циркуляций за счет конвекции воздуха в помещении.

Рис.3. Конструкция точечного дымового датчика с естественной циркуляцийе воздуха.

Чувствительный элемент состоит из следующих деталей:

1 – пылезащитный фильтр, предотвращает проникновение пыли, которая может вызвать ложные срабатывания датчика. Необходимо отметить, что полностью защиты от пыли данный фильтр не обеспечивает. Это связано с тем, что при уменьшении отверстий фильтра (повышение пылезащищенности) возрастает аэродинамическое сопротивление воздушному потоку, циркулирующему через чувствительный элемент. В связи с этим большинство дымовых датчиков с естественной циркуляций имеют модули программной коррекции запыленности. Это предотвращает ложные срабатывания, но снижает чувствительность датчика. Дымовые датчики с естественной циркуляцией воздуха через чувствительный элемент необходимо периодически чистить путем продувки специальным компрессором или хотя бы обычным пылесосом.

2 – светозащитные шторки. Препятствуют попаданию в чувствительную камеру света из помещений (солнечного или от осветительных приборов), что необходимо для предотвращения ложных срабатываний.

3 – инфракрасный светодиод. Формирует луч инфракрасного излучения распространяющегося в чувствительном элементе. Как правило, луч претерпевает не менее 4 переотражений. Это увеличивает чувствительность датчика за счет большей вероятности встречи инфракрасного излучения с частицами дыма.

4 – фотодиод. Детектирует уровень излучения отражающегося от частиц дыма при работе датчика на отражение (сигнал тревоги формируется при превышение уровня отраженного излучения выше определенного порога), или уровень сигнала от светодиода при работе датчика на просвет (сигнал тревоги формируется при снижении уровня излучения ниже определенного порога, за стер рассеивания на частицах дыма).

В датчиках с принудительной циркуляцией используется малогабаритный компрессор. Аспирационные датчики по заявлениям производителей имеют значительно более высокую чувствительность (10 – 100раз) [4], но цена их значительно выше, чем у датчиков с естественной вентиляцией. На рис.4 представлена структурная схема аспирационного датчика.

Рис.4. Структурная схема аспирационного дымового датчика.

1. Заборный патрубок

2. Выпускной патрубок

3. Сменный пылезащитный фильтр

4. Малогабаритный компрессор

5. Измерительная камера

6. Инфракрасный полупроводниковый лазер

7. Фотодиод

Луч инфракрасного полупроводникового лазера перед попаданием на фотодиод (аналогично датчикам с естественной циркуляцией) претерпевает несколько переотражений для увеличения чувствительности. Сменный пылезащитный фильтр выполняется из прозрачного материала, что позволяет оценивать степень запыленности и при необходимости сменить фильтр. За счет чего аспирационные датчики имеют более высокую чувствительность? Во-первых, наличие в составе датчика малогабаритного компрессора делает циркуляцию воздуха из помещения более предсказуемой. Во-вторых, пылезащитный фильтр можно делать более мелкоячеистым, так как работа компрессора компенсирует более высокое аэродинамическое сопротивление фильтра. В-третьих, для повышения чувствительности необходимо увеличивать яркость излучения, а это приводит к увеличению фонового сигнала, отраженного от стенок измерительной камеры, который, к тому же, повышается при их запылении. В аспирационном датчике в качестве излучателя используется полупроводниковый лазер. Яркость излучения лазера примерно на два порядка выше, чем у светодиода, а лучшая фокусировка луча обеспечивает практически полное отсутствие отражений от стенок дымовой камеры.

Существует два способа определения наличия дыма в чувствительном элементе дымового датчика дыма. Наиболее широко распространен оптико-электронный способ, о котором рассказывалось выше. Решение о наличии дыма принимается в том случае, если мощность инфракрасного излучения поступающего на фотоприемник падает ниже определенного уровня или увеличивается уровень излучения отраженного от частиц дыма. Более высокая чувствительность точечного дымового датчика по сравнению с линейным обусловлена тем, что фотоприемник огражден от воздействия естественного света и частично от пыли. В точечных дымовых датчиках с принудительной циркуляцией воздуха (аспирационных) чувствительность еще выше.

Кроме оптико-электронных существуют ионизационные дымовые датчики. В ионизационных дымовых датчиках используется радиоактивный изотоп (например, изотоп америция-241 в датчике 1151EIS [5]) излучение которого ионизирует молекулы воздуха в чувствительной камере. Под действием электрического поля, образующиеся положительные и отрицательные ионы создают ток, значение которого постоянно контролируется. При поступлении в чувствительную камеру дыма происходит уменьшение тока из-за объединения части ионов на поверхности частиц дыма. При снижении тока до порогового уровня происходит активизация датчика.

Тепловые датчики

Подгруппа тепловых датчиков включает в себя устройства формирующие сигнал тревоги в случае, если в течении определенного времени температура в месте установки выше определенного порога или если в течении короткого промежутка времени произошел резкий скачок температуры или по совокупности этих признаков. Датчики соответственно называются максимальные, дифференциальные и максимально-дифференциальные. Тепловые датчики, относящиеся к первому типу, в настоящее время используются достаточно редко. Существует две разновидности таких датчиков. Первая – датчики с плавкими элементами. При повышении температуры материал в чувствительном элементе расплавляется (например, сплав Вуда)и под действием собственного веса чувствительный элемент падает, разрывая электрическую цепь и формируя сигнал тревоги (рис.5).

Рис.5. Принцип действия теплового пожарного датчика с плавким элементом.

Недостатком датчиков подобного типа является их одноразовость: после срабатывания датчики не подлежат восстановлению и должны быть заменены на новые, но из-за простоты конструкции цена подобных датчиков очень низкая, что компенсирует их одноразовость. Вторая разновидность – датчики с использованием биметаллических пластин. При повышении температуры выше определенного порога происходит деформация биметаллической пластины, электрическая цепь разрывается и формируется сигнал тревоги. Биметаллическая пластина представляет собой сплав двух пластин из металлов с разным коэффициентом теплового расширения. Чаще всего, подобные датчики устанавливаются в местах с повышенной влажностью [6] (рис.6).

Рис.6. Принцип действия теплового пожарного датчика на основе биметаллической пластины.

Общим недостатком датчиков обеих разновидностей является их большая инерционность. Датчики, анализирующие скорость изменения температуры в определенный отрезок времени, являются менее инерционными. Кроме того, после срабатывания они не выходят из строя. Как правило, при развертывании систем сигнализации на больших объектах тепловые датчики этого типа используют совместно с дымовыми датчиками, причем подключение тепловых датчиков к приемно-контрольным панелям производиться отдельными шлейфами. Подобная структура противопожарной сигнализации увеличивает надежность ее работы.

Датчики пламени как следует из их названия формируют сигнал тревоги при появлении в зоне их действия открытого пламени. Датчики этой группы менее распространены по сравнению с ранее рассмотренными. Это объясняется тем, что сигнал тревоги формируется на более поздней стадии развития пожара, тем не менее, в некоторых случаях, они являются единственно приемлемыми. В качестве примера можно привести следующие объекты:

- нефтебазы – хранилища нефтепродуктов располагаются на большой площади. Обнаружение дыма на открытом пространстве крайне проблематично. Датчики дыма невозможно сделать герметичными, что препятствует их применению в различных климатических условиях.

- производства, связанные с использованием агрессивных химических веществ – например концентрированная азотная кислота при взаимодействии со многими органическими веществами образует открытое пламя без дыма.

- большая концентрация пыли в помещении – угольные котельные.

Для обнаружения открытого пламени используются следующие методы. Во-первых, два фотоприемника с оптическими фильтрами, один фотоприемник обеспечивает обнаружение излучения в инфракрасном диапазоне, другой предназначен для обнаружения излучения в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Признаком наличия открытого пламени является одновременное превышение пороговых значений в канале инфракрасного излучения и в канале ультрафиолетового излучения. Дополнительным признаком, повышающем надежность обнаружения открытого пламени, является анализ интенсивности излучения во времени. Для открытого пламени характерны быстрые колебания уровней излучения в широких пределах в течении короткого промежутка времени (единицы секунд). Основным ограничением применения датчиков пламени является наличие искусственных и естественных помех, способных вызвать срабатывание датчика без наличия пламени. Высокий уровень электромагнитного излучения создается источниками искусственного освещения, солнечным светом, нагретыми телами (радиаторами, работающими двигателями), сварочными работами, отражением излучения зеркальными поверхностями и т. д. Площадь, контролируемая датчиками пламени, не нормируется (как для дымовых и тепловых датчиков), а рассчитывается исходя из расстояния между датчиком и контролируемой поверхностью и паспортного значения угла обзора датчика. Следует отметить, что датчики пламени являются наиболее дорогими приборами и сфера их применения затрагивает в основном промышленные объекты [5].

Газовые датчики. Принцип действия газовых датчиков основан на регистрации изменения состав атмосферы, происходящего в процессе горения различных веществ и материалов. Наиболее распространенные горючие вещества и материалы, как в производстве, так и в быту представляют собой органические соединения. Основными газами, образующимися при сгорании таких веществ, являются углекислый газ (СО₂) и угарный газ (СО). Чувствительным элементом, регистрирующим наличие в атмосфере повышенного содержания недоокисленных газов, например, угарного газа, является так называемый датчик Тагучи [5]. Основным компонентом газового датчика является чувствительный элемент, обеспечивающий перевод значения концентрации в атмосфере того или иного газа в электрический сигнал. Начало практическому использованию эффекта влияния газов на электрические свойства поверхности полупроводников положил в 60_х годах японец Н.Тагучи. На основе керамического SnO₂ он изготовил газочувствительное устройство, сопротивление которого изменялось пропорционально концентрации некоторых газов в воздухе, и запатентовал его. Позже было установлено, что практически все окислы металлов, являющиеся полупроводниками, обладают газовой чувствительностью. В настоящее время изготавливают датчики газов на основе SnO₂, ZnO, NiO, CuO, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃, WO₃ и других окислов [7]. На рис.7 показана конструкция типового газового датчика.

Рис.7.

1. Контакты чувствительных элементов

2. Слой газочувствительного материала

3. Нагреватель

4. Защитный газонепроницаемый слой.

Датчик размещается на пластине Si, покрытой изолирующим слоем SiO₂. Все контакты изготавливаются из платины; конструкция нагревателя обеспечивает однородность температуры на чувствительных элементах в пределах ±2°С. Один из газочувствительных элементов (SnO₂) закрывается газонепроницаемым слоем (например, SiO₂) и служит элементом сравнения — включается со вторым измерительным элементом в мостовую схему. Включение газочувствительных элементов в мостовую схему показано на рис.8.

Рис.8. Включение газочувствительных элементов в мостовую схему.

В данной схеме Rg1 – газочувствительный элемент, Rg2 – газочувствительный элемент, покрытый газонепроницаемым слоем. R – резисторы сопротивление которых равно сопротивлению газочувтсвительных элементов в исходном состоянии (при отсутствии воздействия газа). Выход мостовой схемы подключается к диффренциальному усилителю. Особенность диффренциального усилителя в том, что он усиливает сигнал разность между напряжением на входе «+» и входе «-». Поэтому если напряжение на обоих входах увеличится на одинаковую величину, состояние выхода не измениться. Это позволяет сделать измерительную схему нечувствительной к влиянию температуры и внешних помех. При воздействии температуры, сопротивление обоих газочувствительных элементов будет изменяться одинаково, и напряжение на выходах мостовой схемы будет синхронно повышаться или понижаться. Внешние помехи также одинаково наводятся на провода выходящие из мостовой схемы на состояние выхода влияния не оказывают. При воздействии газа, изменится только сопротивление Rg1, и соответственно измениться напряжение на входе «-» дифференциального усилителя. Появится разность напряжений между входами дифференциального усилителя, которая будет усилена и передана на дальнейшую обработку.

Платиновый нагреватель обеспечивает температуру, при которой, чувствительность датчиков максимальна. Кроме того, нагревая датчик до высокой температуры после воздействия газа, восстанавливают его исходное сопротивление. В зависимости от вида легирующей примеси в газочувствительном слое можно сделать датчики для контроля различных газов [7].

Комбинированные датчики, как уже было сказано выше, анализируют два и более параметра, характерных для возникновения пожара и по соотношению уровней сигнала от каждого датчика формируют сигнал тревоги. Основное преимущество комбинированных датчиков - существенное уменьшение вероятности ложных тревог. Если бы ложные срабатывания каждого детектора, входящего в комбинированный датчик, вызывались бы абсолютно различными физическими явлениями (то есть эти события были бы независимыми), то вероятность ложной тревоги P_лт такого датчика равнялась бы произведению вероятностей ложных тревог для каждого из детекторов: P_лт=P_лт1 ·P_лт2 . Так, при P_лт1=P_лт2=10^-3 мы потенциально получили бы снижение частоты ложных срабатываний в 1000 раз. Конечно, в реальной ситуации выигрыш не так велик.

Охранные датчики.

Как видно из классификации на рис.1 в зависимости от решаемых задач охранные датчики можно разделить на две большие подгруппы. Датчики для закрытых помещений устанавливаются внутри охраняемого объекта. Сигнал тревоги, формируется, если происходит проникновение в охраняемое помещение. Датчики для открытых пространств, чаще называемые извещатели охраны периметров, устанавливаются по периметру охраняемой территории. Сигнал тревоги формируется при пересечении охраняемой границы.

Датчики для закрытых помещений.

В зависимости от принципа действия охранные датчики для закрытых помещений бывают следующих типов:

- ручные охранные извещатели (называемые так же тревожными кнопками) –предназначены для передачи сигнала тревоги на пульт охраны сотрудниками охраняемого объекта. Конструктивно представляют собой кнопки без фиксации. В зависимости от расстояния до пульта охраны могут комплектоваться дополнительными устройствами передачи данных;

- датчики состояния предметов интерьера и контролируемой поверхности – предназначены для контроля за положением предметов интерьера (открыты или закрыты двери, окна) и за целостностью контролируемых поверхностей (разбитие стекла, разрушение двери);

- датчики обнаружения движущегося теплового пятна – сигнал тревоги формируется, если в зоне действия датчика появляется движущиеся тепловое пятно с размерами больше пороговых;

- датчики обнаружения изменения внутреннего объема – сигнал тревоги формируется при изменении внутреннего объема помещения. Например, при входе человека в помещение свободный объем уменьшится.

- комбинированные датчики – представляют собой установленные в одном корпусе два охранных датчика реагирующих на разные физические факторы.

Рассмотрим более подробно принципы действия автоматических охранных датчиков.

Датчики состояния предметов интерьера и контролируемой поверхности.

В эту группу входят датчики, выполняющие следующие функции:

- контроль за положением закрывающихся проемов (двери, окна) – сигнал тревоги формируется если окна или двери открыты. Принцип действия датчика прост. На открывающуюся часть устанавливается миниатюрный магнит, а на дверной проем магниточувствительный элемент (геркон), контакты которого замыкаются, если вблизи его находится источник магнитного поля. Датчики этого типа очень дешевы. Подобные датчики устанавливаются совместно с охранными датчика из других групп. Системы охраны основанные только на герконовых датчиках встречаются крайне редко.

- контроль за состоянием поверхностей – сигнал тревоги формируется, если происходит разрушение контролируемой поверхности. Как правило, контролируется состояние оконных стекол. Менее распространены датчики, контролирующие состояние дверей и стен.

При разрушении стекла в пространство излучаются звуковые колебания в широком диапазоне частот. Кроме того, уровень сигнала во времени имеет характерную форму. Для повышения надежности работы датчиков разбития стекла, они выполняются в соответствии со следующей блок-схемой (рис.9).

Рис.9. Блок-схема датчика разбития стекла.

1– микрофон;

2– усилитель;

3,4 – полосовые фильтры;

5– схема обработки и формирования тревожного сообщения.

Микрофон служит для преобразования звуковых колебаний в электрический сигнал. Усилитель обеспечивает необходимый для надежной обработки уровень сигнала. Полосовые фильтры позволяют определить спектральный характер сигнала. Как правило, используется два полосовых фильтра. Схема обработки определяет уровень сигнала на выходах полосовых фильтров и анализирует форму сигнала во времени. При совпадении всех условий (превышение пороговых значений на выходах обоих фильтров и определенная форма зависимости акустического сигнала от времени) формируется сигнал тревоги. На рис.10 показаны варианты установки датчиков.

Рис.10. Варианты установки датчиков разбития стекла.

Как видно из рисунка необходимость установки датчиков непосредственно на стекло отсутствует, что упрощает монтаж системы и сохраняет внешний вид помещении практически неизменным. Необходимо напомнить о датчиках состояния стекла герконного типа. В настоящие время они практически вышли из употребления. Конструкция датчика такова, что геркон остается замкнутым только при определенном положении датчика в пространстве. Если стекло разбивается положение естественно изменяется и магнит отходит от датчика, что вызывает размыкание контактов геркона. Недостатки этих датчиков очевидны: необходимо на каждый элемент остекления устанавливать отдельный датчик, что увеличивает затраты на монтаж и ухудшает внешний вид помещения.

Датчики, контролирующие состояние дверей и стен применяются чаще всего в помещениях связанных с хранением денег и других ценностей. Датчики бывают двух типов: проводные и вибрационные. Проводные датчики состоят из тонкой проволоки, проложенной внутри стены или двери (рис.11). При разрушении происходит разрыв проволоки и формируется сигнал тревоги. Подобные датчики имеют высокую помехозащищенность, но их применение ограничено тем, что они должны устанавливаться на стадии строительства помещений.

Рис.11. конструкция датчика контролирующего состояние двери.

Вибрационные датчики содержат в своем составе акселерометр, преобразующий вибрацию стены в электрический сигнал. Анализируя уровень сигнала с акселерометра и состав спектра можно определить с достаточно высокой вероятностью факт начала разрушения. Достоинство подобных датчиков в том, что они могут устанавливаться на любой стадии строительства, отделки или эксплуатации помещения. Но помехозащищенность, и как следствие, количество ложных срабатываний выше, чем у проводных датчиков.

Датчики обнаружения движущегося теплового пятна[8].

Также называются пассивными ИК-датчиками или объемными оптико-электронными. Блок-схема датчика показана на рис.12.

Рис.12. Блок-схема ИК-датчика.

В состав датчика входят:

1– инфракрасная линза

2– пироэлектрический приемник

3– схема обработки сигнала и формирования тревожного сообщения.

Задачей инфракрасной линзы является формирование необходимой зоны обнаружения и уменьшения влияния помех. Пироэлектрический приемник преобразует тепловое излучение в электрический сигнал. Схема обработки анализирует форму и размеры теплового пятна, скорость его перемещения и формирует тревожное сообщение. Как показано на рис.13 зона обнаружения состоит из отдельных лучей (из руководства по эксплуатации извещателя объемного оптико-электронного ИО-409-15 «Астра –7»).

Рис.13. Зона обнаружения извещателя объемного оптико-электронного ИО-409-15 «Астра –7»

Это необходимо для уменьшения ложных срабатываний, например от животных. Сигнал тревоги формируется только если тепловой сигнал появился в нескольких рядом расположенных лучах зоны обнаружения. Датчики, относящиеся к этой группе, различаются по форме зоны обнаружения. На рис.13 представлен пример датчика с равномерной чувствительностью во всей зоне обнаружения. Это так называемый потолочный датчик. Более распространены датчики с неравномерной зоной обнаружения в разных плоскостях. Они предназначены для установки на стены. Датчики с большей шириной зоны обнаружения в горизонтальной плоскости и меньшей в вертикальной служат для определения проникновения в охраняемой помещение (рис.14а). Датчики с противоположной формой зоны обнаружения (рис.13б) предназначены для контроля за проходами или оконными проемами (так называемые «шторки»). Угол зоны обнаружения в горизонтальной плоскости составляет 3 … 7 °.

Рис.14. Форма зон обнаружения разных ИК-датчиков.

Датчики изменения внутреннего объема.

Датчики этой группы могут быть созданы с использованием разных физических принципов, но в настоящее время используются, в основном, радиоволновые датчики [9]. Для объяснения принципа действия необходимо напомнить об условиях распространения радиосигналов в закрытых помещениях. После излучения сигнала с передающей антенны происходит его многократное отражение от стен и предметов интерьера. В результате сложения излучаемых и отраженных сигналов возникает эффект стоячей волны (рис.15). Суть этого эффекта в том, что напряженность электромагнитного излучения в разных точках помещения будет разной. Изменение температуры и влажность не вызывает изменения значений напряженности в разных точках.

Если в помещение входит человек или почему-либо изменяется расположение предметов интерьера, условия распространения и отражения радиосигналов меняются. При этом на входе приемной антенны резко изменяется уровень сигнала, что является тревожным признаком.

Рис.15. Принцип действия радиоволнового датчика.

Комбинированные датчики для формирования сигнала тревоги анализируют два и более признака вторжения в охраняемое помещение. Например: «Сокол-2» имеет в своем составе датчик обнаружения движущегося теплового пятна (ИК-датчик) и датчик обнаружения изменения внутреннего объема (СВЧ-датчик)

2.2 Модули сбора, отображения и регистрации информации для систем сигнализации.

Эти модули предназначены для сбора информации от датчиков, фильтрации сигналов от помех, обработки принятой информации, и предоставлении принятой информации в удобной для восприятия человеком форме. Также возможна регистрация принятой информации для последующего разбора действий сотрудников охраны. При этом в память прибора записывается дата, время и характер события (проникновение, пожар, неисправность).

Приемно-контрольные панели.

В настоящее время эти функции выполняются одним модулем, называемым приемно-контрольной панелью. На последние варианты приемно-контрольных панелей ставятся и модули регистрации. Органами управления могут быть набор кнопок для каждого отдельного шлейфа или цифровая клавиатура [10,11]. Органы управления позволяют осуществить следующие функции:

- постановка/снятие шлейфа в режим охраны;

- проверка работоспособности охранно-пожарных датчиков;

- проверка нормальной работоспособности приемно-контрольной панели.

Классификация типов приемно-контрольных панелей практически идентична способам организации связи между элементами систем охраны. Эта классификация приводится на рис.15. Приемно-контрольные панели для работы с беспроводными каналами передачи данных и приемно-контрольные панели для проводных каналов передачи данных с использованием шинного соединения для передачи информации используют различные варианты цифровой передачи данных. Подобные системы называются адресными. Это связано с тем, что при срабатывании датчика передается его адрес, для определения места срабатывания. Датчики с передачей информации в виде кодовых посылок разделяются на адресные и адресно-аналоговые. Адресные датчики передают на приемно-контрольную панель свой адрес и извещение о тревоге («Вторжение», «Пожар»). Адресно-аналоговые извещатели, лишь измеряет величину контролируемого параметра (уровень задымления или температуру) и транслирует эти значения на приемно-контрольную панель с указанием собственного адреса. Приемно-контрольная панель, предназначенная для работы с датчиками такого типа, является специализированной ЭВМ, центром обработки данных по сложнейшим алгоритмам в реальном масштабе времени, обеспечивает максимальную скорость принятия решений и управление подсистемами пожарной автоматики, оповещения, эвакуации и инженерными системами объекта любой сложности с отображением состояния объекта в виде текстовых сообщений. При этом происходит анализ развития пожарной ситуации на объекте с формированием предупредительных сигналов на самых ранних этапах возгорания. Необходимо только отметить, что существуют варианты этих устройств, предназначенные не для работы с датчиками, а для принятия информации от большого числа удаленных приемно-контрольных панелей, непосредственно собирающих информацию с охранных или пожарных датчиков.

Рис.15. Классификация приемно-контрольных панелей.

Остановимся более подробно на приемно-контрольных панелях использующих индивидуальное соединение с датчиками. Для передачи информации между датчиками и приемно-контрольными панелями используются следующие способы:

- изменение сопротивления шлейфа от нуля до бесконечности (размыкание реле);

- изменение значения тока, потребляемого датчиком (например, пожарные дымовые датчики в дежурном режиме имеют значение потребляемого тока 110 мкА, а в режиме «Пожар» 20 мА)

- передача цифрового кода.

Схемотехническое исполнение входных каналов приемно-контрольных панелей будет разным для каждого из способов. Подавляющие большинство приемно-контрольных панелей позволяют работать с разными типами информации. Это позволяет уменьшить затраты на оборудование при оснащении средствами охранно-пожарной сигнализации объектов малых и средних размеров. При этом часть входных контактов предназначены для подключения датчиков передающих информацию первым способом, остальные для подключения датчиков со вторым типом передачи информации. В последних вариантах приемно-контрольных панелей возможно конфигурирование контактов при помощи перемычек, установленных на плате. Например: для Гранит-24 (перемычки J1, J2):

Таблица 1. Конфигурирование приемно-контрольной панели Гранит-24

Типы шлейфов в группах	J1	J2
все группы охранные	замкнута	Замкнута
1-2 группы охранные, 3 пожарная	разомкнута	Замкнута
1 группа охранная, 2-3 группы пожарные	замкнута	Разомкнута
все группы пожарные	разомкнута	Разомкнута

Количество входных шлейфов может быть от 1 до 24.

Для оборудования объектов больших размеров удобнее использовать приемно-контрольные панели для работы с одним типом информации или конфигурировать таким образом панели описанные выше. Это позволяет увеличить эффективность работы сотрудников охраны. Для этого приемно-контрольные панели, к которым подключаются охранные датчики, монтируются отдельно (в отдельную стойку) от панелей, работающих с пожарными датчиками. При срабатывании системы сигнализации охрана сразу определяет что произошло: незаконное вторжение на охраняемый объект или пожар. Для оповещении о произошедших событиях используются световая индикация (подсвечивается номер сработавшего шлейфа) и звуковая.

2.3. Способы организации связи между основными элементами систем сигнализации.

На рис.16. показаны способы организации связи между основными элементами систем охраны. Данная классификация упрощенная. В реальной системе охраны присутствуют, как правило, все способы организации связи. Как видно из названия для организации проводных соединений прокладываются кабели, а для организации беспроводных соединений этого не требуется. Из всех возможных беспроводных каналов передачи информации в настоящее время используется только радиоканал.

Рис.16. Способы организации связи между основными элементами систем сигнализации.

При использовании беспроводных каналов передачи информации трудозатраты на монтаж системы охраны уменьшаются. Но количество помех присутствующих в беспроводном канале передачи данных во много раз больше чем при проводном соединении элементов системы охраны. Тем не менее, в некоторых случаях использование радиоканала является единственно возможным. Например, использование GSM – сигнализации для охраны дач и удаленных от города коттеджей. Организация беспроводной передачи данных между элементами системы охраны может быть осуществлена на основе дополнительных возможностей существующих средств мобильной связи (упомянутая выше GSM – сигнализация) [12] а также при помощи установки устройств использующих выделенный частотный диапазон.

Проводные соединения элементов системы охраны различаются по способу подключения датчиков к модулям сбора и обработки данных. При реализации индивидуального соединения каждый датчик подключается к приемной панели отдельным кабелем. При шинном соединении датчики присоединяются к одному кабелю. Организация шинного соединения возможна только при использовании датчиков с передачей информации в виде цифрового кода. Каждый из способов организации проводных соединений имеет свои достоинства и недостатки. При организации шинного соединения обеспечивается экономия на кабеле, но при этом скорость реакции системы охраны на происходящие события медленнее, чем при индивидуальном соединении. Это объясняется тем, что необходимо учитывать возможность одновременного выхода на передачу нескольких датчиков. Для устранения возникающих конфликтов в передаче данных необходимо применять различные способы арбитража шины. Стоимость датчиков и приемных панелей, дающих возможность использовать шинное соединение выше аналогичных элементов системы охраны предназначенных для использования индивидуального соединения. На рис.17 приведен пример соединения датчиков системы охраны с приемными панелями. В данном примере реализовано индивидуальное проводное соединение датчиков с приемными панелями. Последовательное соединение нескольких датчиков одним кабелем не является шинным соединением. Датчики, например охранные, соединяются последовательно, и при срабатывании хотя бы одного формируется сигнал тревоги. При этом информация о том, какой именно датчик сработал, не передается. То же самое справедливо и для пожарных датчиков.

Рис.17. Пример соединения датчиков системы охраны с приемными панелями.

1 – охранные датчики;

2 – пожарные датчики;

3 – приемные панели.

Для обеспечения надежной работы систем сигнализации должен осуществляться контроль целостности канала передачи данных. При применении адресных датчиков это реализуется периодическим опросом состояния датчиков со стороны приемно-контрольной панели. При использовании неадресных датчиков в шлейф включают дополнительные элементы. При использовании датчиков формирующих сигнал тревоги размыканием реле около самого удаленного датчика в шлейф включают резистор с сопротивлением в диапазоне 3.3 – 3.9 кОм (рис.18).

Рис.18. Пример соединения нескольких охранных датчиков к одному шлейфу приемно-контрольной панели.

В случае обрыва шлейфа будет формироваться сигнал тревоги, что привет к необходимости осмотра помещений, подключенного к данному шлейфу. При этом существует вероятность обнаружения места повреждения или помещения будут находиться под более тщательным наблюдением до приезда сотрудников обслуживающих сигнализацию. Если в результате каких либо действий (случайных или намеренных) произойдет короткое замыкание шлейфа, то приемно-контрольная панель выдаст сигнал «Авария», что сигнализирует о прекращении нормальной работы датчиков подключенных к шлейфу. Более сложно обеспечивать контроль шлейфа с пожарными датчиками. В простейшем случае в каждом посадочном месте для пожарного датчика (часто называют базой пожарного датчика) устанавливаются раздельные входные и выходные контакты одного из проводников шлейфа, которые замыкаются перемычкой, расположенной в пожарном датчике (рис.19) [13]. Таким образом, при отключении любого пожарного датчика, весь шлейф становится неработоспособным и формируется сигнал АВАРИЯ (НЕИСПРАВНОСТЬ).

В соответствии с нормами НПБ 75_98 "Приборы приемо_контрольные пожарные (ППКП). Приборы управления пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний", (п. 9.1.1) указано: "ППКП должны обеспечивать… преимущественную регистрацию и передачу во внешние цепи извещения о пожаре по отношению к другим сигналам, формируемым ППКП" [14].

Рис.19. Ооганизация контроля шлейфа с подключенными пожарными датчиками.

Разрыв шлейфа при отключении пожарного датчика обеспечивает приоритет сигналу «НЕИСПРАВНОСТЬ», блокируя сигналы «ПОЖАР» отключенных от ППКП и лишенных питания пожарных датчиков. Актуальность этой проблемы повышается с расширением типов помещений, защищаемых дымовыми пожарными извещателями, при их установке в местах с открытым доступом. Например, СНиП 31_01_2003 "Здания жилые многоквартирные" предписывает установку дымовых пожарных датчиков во внеквартирных коридорах, где высока вероятность их несанкционированного отключения. Для решения этой проблемы существует несколько методов. Например, специальная конструкция базы датчиков с введением в нее дополнительного подпружиненного контакта замыкающего входные и выходные контакты при извлечении датчика. При снятии датчика с базы шлейф размыкается на короткое время (около 1сек). Это достаточно, чтобы приемно-контрольная панель зафиксировала сигнал «НЕИСПРАВНОСТЬ». Но за счет дополнительного контакта шлейф пожарной сигнализации сохранит свою работоспособность. Вместо дополнительного контакта могут использоваться диоды Шотки и обеспечение питания пожарных датчиков через шлейф не постоянным, а переменным напряжением [13]. В шлейф двухпроводных пожарных датчиков также включаются дополнительные резисторы, задача которых обеспечить необходимое напряжение на входных клеммах приемно-контрольной панели, в зависимости от длины шлейфа и числа подключенных к нему датчиков. Например, согласно паспорту на пожарный дымовой датчик ИП 212-31/2 подключение к приемно-контрольной панели типа «Гранит» производится по схеме, которая показана на рис.20.

Рис.20. Подключение пожарных дымовых датчиков ИП 212-31/2 к приемно-контрольной панели типа «Гранит».

Причем значение оконечного резистора, устанавливаемого около самого удаленного датчика в шлейфе, выбирается согласно таблице 2.

Таблица 2. Значение оконечного резистора в зависимости от числа пожарных датчиков подключенных к шлейфу.

Кол-во ИП 212-31 в шлейфе	2	4	5	8	10	12	15	16	20
R_ок КОм	3,9	3,9	3,9	4,1	4,3	4,7	5,6	5,6	7,5

3. Состав учебно-лабораторного стенда:

3.1. Приемно-контрольная панель «Гранит-4» с блоком питания, резервным аккумулятором и гнездом для считывания ключа Touch Memory (iButton).

3.2. Приемно-контрольная панель NX-6 в защитном кожухе с блоком питания и резервным аккумулятором.

3.3. Управляющая клавиатура NX-148.

3.4. Охранный инфракрасный извещатель (датчик) «Астра».

3.3. Охранный инфракрасный извещатель «Рапид».

3.4. Охранный инфракрасный извещатель «Рефлекс».

3.5. Охранный магнито-контактный извещетель СМК.

3.6. Пожарный дымовой оптико-электронный извещатель ИП-212-4С.

3.7. Пожарный дымовой оптико-электронный извещатель ДИП-212-41-Н.

3.8. Пожарный дымовой оптико-электронный извещатель ИП-212-66.

3.9. Тепловые пожарные извещатели ИП-103-3-А2-1Н.

3.10. Сирена Маяк -12.

3.11. Демонстрационный стенд в составе:

3.11.1. Магнито-контактный извещатель ИО-102-14 (СМК).

3.11.2. Акустический извещатель ИО-329-3 (Арфа).

3.11.3. Акустический извещатель ИО-329-1 (Стекло).

3.11.4. Тепловой максимальный извещатель ИП-103-3-А2-1Н

3.11.5. Дымовой оптико-электронный извещатель ДИП-212-41-Н

3.11.6. Дымовой оптико-электронный извещатель ИП-212-66

4. Содержание и порядок выполнения лабораторных работ

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1240; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!