2.1. Охранная и пожарная сигнализация
2.2. Структура охранно-пожарной сигнализации
2.3. Типы охранных извещателей
2.4. Типы пожарных извещателей
2.5. Обработка и протоколирование информации, формирование управляющих сигналов тревоги ОПС
2.6. Исполнительные устройства ОПС
Глава 2
Системы охранной и пожарной сигнализаций
2.1. Охранная и пожарная сигнализация
Одним из самых главных элементов безопасности является охранная и пожарная сигнализация. Эти две системы имеют между собой много общего – каналы связи, похожие алгоритмы приема и обработки информации, подача тревожных сигналов и т. д. Поэтому их часто (по экономическим соображениям) объединяют в единую охранно-пожарную сигнализацию (ОПС). Охранно-пожарная сигнализация относится к самым старым техническим средствам охраны. И до сих пор эта система является одним из наиболее эффективных комплексов безопасности.
Современные системы защиты построены на нескольких подсистемах сигнализации (совокупность их применения позволяет отслеживать любые угрозы):
охранная – фиксирует попытку проникновения;
тревожная – система экстренного вызова помощи на случай внезапного нападения;
пожарная – регистрирует появление первых признаков пожара;
аварийная – извещает об утечке газа, протечках воды и т. п.
Задачей пожарной сигнализации являются получение, обработка, передача и представление в заданном виде потребителям при помощи технических средств информации о пожаре на охраняемых объектах (обнаружение очага пожара, определение места его возникновения, подача сигналов для систем автоматического пожаротушения и дымоудаления). Задача охранной сигнализации – своевременное оповещение о проникновении или попытке проникновения на охраняемый объект, с фиксацией факта, места и времени нарушения рубежа охраны. Общей задачей обеих систем сигнализации является обеспечение моментального реагирования с предоставлением точной информации о характере события.
Анализ отечественной и зарубежной статистики несанкционированных проникновений на различные объекты свидетельствует, что более 50 % вторжений совершается на объекты со свободным доступом персонала и клиентов; порядка 25 % – на объекты с неохраняемыми элементами механической защиты типа заборов, решеток; около 20 % – на объекты с пропускной системой и только 5 % – на объекты с усиленным режимом охраны, с применением сложных технических систем и специально обученного персонала. Из практики работы служб безопасности при охране объектов выделяют шесть основных зон охраняемых территорий:
зона I – периметр территории перед зданием;
зона II – периметр самого здания;
зона III – помещение для приема посетителей;
зона IV – кабинеты сотрудников и коридоры;
зоны V и VI – кабинеты руководства, комнаты переговоров с партнерами, хранилища ценностей и информации.
Для того чтобы обеспечить необходимый уровень надежности охраны особо важных объектов (банки, кассы, места хранения оружия), необходимо организовать многорубежную защиту объекта. Датчики сигнализации первого рубежа устанавливаются на наружном периметре. Второй рубеж представляют датчики, установленные в местах возможного проникновения на объект (двери, окна, форточки и т. п.). Третий рубеж – объемные датчики во внутренних помещениях, четвертый – непосредственно охраняемые предметы (сейфы, шкафы, ящики и т. д.). При этом каждый рубеж обязательно подключается к самостоятельной ячейке приемно-контрольного прибора с тем, чтобы при возможном обходе нарушителем одного из рубежей охраны был подан сигнал тревоги с другого.
Современные системы ОПС часто интегрируются с другими системами безопасности в единые комплексы.
2.2. Структура охранно-пожарной сигнализации
В общем виде система охранно-пожарной сигнализации включает в себя:
датчики– тревожные извещатели, реагирующие на тревожное событие (пожар, попытка проникновения на объект и т. д.), характеристики датчиков определяют основные параметры всей системы сигнализации;
приемно-контрольные приборы (ПКП) – устройства, которые получают сигнал тревоги от извещателей и осуществляют управление по заданному алгоритму исполнительными устройствами (в простейшем случае контроль за работой охранно-пожарной сигнализации состоит из включения и выключения датчиков, фиксации сигналов тревоги, в сложных, разветвленных системах сигнализации контроль и управление осуществляются при помощи компьютеров);
исполнительные устройства – агрегаты, которые обеспечивают выполнение заданного алгоритма действий системы в ответ на то или иное тревожное событие (подача сигнала оповещения, включение механизмов пожаротушения, автодозвон по заданным номерам телефонов и т. п.).
Обычно системы охранно-пожарной сигнализации создаются в двух вариантах – ОПС с локальной или замкнутой охраной объекта или ОПС с передачей под охрану подразделениям вневедомственной охраны (или частного охранного предприятия) и пожарной службы МЧС России.
Все разнообразие систем охранно-пожарных сигнализаций, с некоторой долей условности, подразделяют на адресные, аналоговые и комбинированные системы.
1. Аналоговые (неадресные) системы строятся по следующему принципу. Охраняемый объект разбивается на области прокладкой отдельных шлейфов, объединяющих некоторое количество датчиков (извещателей). При срабатывании любого датчика подается сигнал тревоги по всему шлейфу. Решение о возникновении события тут «принимает» только извещатель, работоспособность которого можно проверить только во время технического обслуживания ОПС. Также недостатками таких систем являются высокая вероятность ложных срабатываний, локализация сигнала с точностью до шлейфа, ограничение контролируемой зоны. Стоимость такой системы относительно низкая, хотя и необходимо прокладывать большое количество шлейфов. Задачи централизованного управления выполняет охранно-пожарная панель. Применение аналоговых систем возможно на всех типах объектов. Но при большом количестве областей тревоги возникает необходимость большого объема работ по монтажу проводных коммуникаций.
2. Адресные системы предполагают монтаж на одном шлейфе сигнализации адресных датчиков. Такие системы позволяют заменить многожильные кабели, соединяющие извещатели с приемно-контрольным прибором (ПКП) на одну пару проводов шины данных.
3. Адресные неопросные системы являются, по сути, пороговыми, дополненными лишь возможностью передачи кода адреса сработавшего извещателя. Этим системам присущи все недостатки аналоговых – невозможность автоматического контроля работоспособности пожарных извещателей (при любом отказе электроники связь извещателя с ПКП прекращается).
4. Адресные опросные системы осуществляют периодический опрос извещателей, обеспечивают контроль их работоспособности при любом виде отказа, что позволяет устанавливать по одному извещателю в каждом помещении вместо двух. В адресных опросных ОПС могут быть реализованы сложные алгоритмы обработки информации, например, автокомпенсация изменения чувствительности извещателей с течением времени. Снижается вероятность ложных срабатываний. Например, адресный датчик разбития стекла, в отличие от безадресного, укажет, какое именно окно было разбито. Решение о произошедшем событии также «принимает» извещатель.
5. Самым перспективным направлением в области построения систем сигнализации являются комбинированные (адресно-аналоговые) системы. Адресно-аналоговые извещатели измеряют величину задымленности или температуру на объекте, а сигнал формируется на основании математической обработки полученных данных в ПКП (специализированная ЭВМ). Имеется возможность подключать любые датчики, система способна определить их тип и требуемый алгоритм работы с ними, даже если все эти устройства включены в один шлейф охранной сигнализации. Эти системы обеспечивают максимальную скорость принятия решений и управления. Для правильной работы адресно-аналоговой аппаратуры необходимо учитывать уникальный для каждой системы язык общения ее компонентов (протокол). Применение этих систем дает возможность быстро, без больших затрат внести изменения в уже существующую систему при изменении и расширении зон объекта. Стоимость таких систем выше двух предыдущих.
Сейчас существует огромное разнообразие извещателей, приемно-контрольных приборов и оповещателей с различными характеристиками и возможностями. Следует признать, что определяющими элементами охранно-пожарной сигнализации являются датчики. Параметры датчиков обусловливают главные характеристики всей системы сигнализации. В любом из извещателей обработка контролируемых тревожных факторов в той или иной степени является аналоговым процессом, а подразделение извещателей на пороговые и аналоговые относится к способу передачи от них информации.
По месту установки на объекте датчики можно подразделить на внутренние и внешние, устанавливаемые соответственно внутри и снаружи охраняемых объектов. Они имеют одинаковый принцип действия, различия заключаются в конструкции и технологических характеристиках. Место установки может оказаться самым важным фактором, влияющим на выбор типа извещателя.
Извещатели (датчики) ОПС действуют по принципу регистрации изменений окружающей среды. Это устройства, предназначенные для определения наличия угрозы безопасности охраняемого объекта и передачи тревожного сообщения для своевременного реагирования. Условно их можно подразделить на объемные (позволяющие контролировать пространство), линейные, или поверхностные, – для контроля периметров территорий и зданий, локальные, или точечные, – для контроля отдельных предметов.
Извещатели могут классифицироваться по типу контролируемого физического параметра, принципу действия чувствительного элемента, способу передачи информации на центральный пульт управления сигнализацией.
По принципу формирования информационного сигнала о проникновении на объект или пожаре извещатели охранно-пожарной сигнализации подразделяются на активные (сигнализация генерирует в охраняемой зоне сигнал и реагирует на изменение его параметров) и пассивные (реагируют на изменение параметров окружающей среды). Широко используются такие типы охранных извещателей, как инфракрасные пассивные, магнитоконтактные извещатели разбития стекла, периметральные активные извещатели, комбинированные активные извещатели. В системах пожарной сигнализации применяются тепловые, дымовые, световые, ионизационные, комбинированные и ручные извещатели.
Тип датчиков системы сигнализации определяется физическим принципом действия. В зависимости от типа датчиков системы охранной сигнализации могут быть емкостными, радиолучевыми, сейсмическими, реагирующими на замыкание или размыкание электрической цепи и т. д.
Возможности установки систем охраны в зависимости от применяемых датчиков, их достоинства и недостатки приведены в табл. 2.
Таблица 2
Системы охраны периметров
2.3. Типы охранных извещателей
Контактные извещатели служат для обнаружения несанкционированного открытия дверей, окон, ворот и т. д. Магнитные извещатели состоят из магнитоуправляемого герконового датчика, устанавливаемого на неподвижную часть, и задающего элемента (магнита), устанавливаемого на открывающийся модуль. Когда магнит находится вблизи геркона, его контакты оказываются в замкнутом состоянии. Эти извещатели отличаются друг от друга по виду установки и материалу, из которого они изготовлены. Недостатком является возможность их нейтрализации мощным внешним магнитом. Герконовые экранированные датчики защищены от постороннего магнитного поля специальными пластинами и снабжены сигнальными герконовыми контактами, срабатывающими в присутствии постороннего поля и предупреждающими о нем. При установке магнитных контактов в металлических дверях очень важно экранировать поле основного магнита от наведенного поля всей двери.
Электроконтактные устройства – датчики, резко меняющие напряжение тока в цепи при определенном воздействии на них. Они могут быть либо однозначно «открыты» (через них идет ток), либо «закрыты» (ток не идет). Самым простым способом построения такой сигнализации являются тонкие провода илиполоски фольги, подсоединенные к двери или окну. Проволока, фольга или токопроводящий состав «Паста» соединяются с сигнализацией через дверные петли, затворы, а также посредством специальных контактных блоков. При попытке проникновения они легко разрушаются и формируют тревожный сигнал. Электроконтактные устройства обеспечивают надежную защиту от ложных тревог.
В механических дверных электроконтактных устройствах подвижный контакт выступает из корпуса датчика и замыкает цепь при нажатии (закрытии двери). Место установки таких механических устройств трудно скрыть, их легко вывести из строя, закрепив рычажок в закрытой позиции (например, жевательной резинкой).
Контактные коврики изготавливаются из двух декорированных листов металлической фольги и слоя вспененного пластика между ними. Под весом тела фольга прогибается, и этим обеспечивается электрический контакт, формирующий тревожный сигнал. Контактные коврики работают по принципу «нормально разомкнуто», и сигнал подается, когда электроконтактное устройство замыкает цепь. Поэтому если обрезать провод, ведущий к коврику, сигнализация в дальнейшем не сработает. Для соединения ковриков используется плоский кабель.
Пассивные инфракрасные извещатели (ПИК) служат для обнаружения вторжения нарушителя в контролируемый объем. Это один из самых распространенных типов охранных извещателей. Принцип действия основан на регистрации изменений потока теплового излучения и преобразовании с помощью пироэлемента инфракрасного излучения в электрический сигнал. В настоящее время используются двух– и четырехплощадные пироэлементы. Это позволяет существенно снизить вероятность ложных тревог. В простых ПИК обработка сигнала производится аналоговыми методами, в более сложных – цифровыми, с помощью встроенного процессора. Зона обнаружения формируется линзой Френеля или зеркалами. Различают объемную, линейную и поверхностную зоны обнаружения. Не рекомендуется устанавливать инфракрасные извещатели в непосредственной близости от вентиляционных отверстий, окон и дверей, у которых создаются конвекционные воздушные потоки, а также радиаторов отопления и источников тепловых помех. Также нежелательно прямое попадание светового излучения ламп накаливания, автомобильных фар, солнца на входное окно извещателя. Возможно применение схемы термокомпенсации для обеспечения работоспособности в области высоких температур (33–37 °C), когда величина сигнала от движения человека резко уменьшается за счет снижения теплового контраста между телом человека и фоном.
Активные извещатели представляют собой оптическую систему из светодиода, испускающего инфракрасное излучение в направлении линзы приемника. Пучок света модулируется по яркости и действует на расстоянии до 125 м и позволяет сформировать невидимый глазом рубеж охраны. Эти излучатели бывают как однолучевыми, так и многолучевыми. При количестве лучей более двух уменьшается возможность ложного срабатывания, т. к. формирование сигнала тревоги происходит только при одновременном пересечении всех лучей. Конфигурация зон бывает различной – «штора» (пересечение поверхности), «луч» (линейное движение), «объем» (перемещение в пространстве). Извещатели могут не работать в дождь и сильный туман.
Радиоволновые объемные извещатели служат для выявления проникновения на защищаемый объект за счет регистрации доплеровского сдвига частоты отраженного сверхвысокочастотного (СВЧ) сигнала, возникающего при движении злоумышленника в электромагнитном поле, создаваемым СВЧ-модулем. Возможна их скрытная установка на объекте за материалами, пропускающими радиоволны (ткани, древесные плиты и т. п.). Линейные радиоволновые извещатели состоят из передающего и приемного блока. Они формируют тревожное извещение при пересечении человеком зоны их действия. Передающий блок излучает электромагнитные колебания, приемный блок принимает эти колебания, анализирует амплитудные и временные характеристики принятого сигнала и в случае их соответствия заложенной в алгоритме обработки модели «нарушителя» формирует тревожное извещение.
Микроволновые датчики утратили былую популярность, хотя еще пользуются спросом. В сравнительно новых разработках достигнуто существенное снижение их габаритов и энергопотребления.
Объемные ультразвуковые извещатели служат для выявления движения в охраняемом объеме. Ультразвуковые датчики предназначены для защиты помещений по объему и выдают сигнал тревоги как при появлении нарушителя, так и при возникновении пожара. Излучающий элемент извещателя представляет собой пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь, выдающий акустические колебания воздуха в охраняемом объеме под воздействием электрического напряжения. Чувствительный элемент извещателя, расположенный в приемнике, представляет собой пьезоэлектрический ультразвуковой приемный преобразователь акустических колебаний в переменный электрический сигнал. Сигнал от приемника обрабатывается в схеме управления, в зависимости от заложенного в нее алгоритма, и формирует то или иное извещение.
Акустические извещатели оснащаются высокочувствительным миниатюрным микрофоном, улавливающим звук, издаваемый при разрушения листовых стекол. Чувствительный элемент таких извещателей представляет собой конденсаторный электретный микрофон со встроенным предварительным усилителем на полевом транзисторе. При разбитии стекла возникает два типа звуковых колебаний в строго определенной последовательности: сначала ударная волна от колебания всего массива стекла с частотой порядка 100 Гц, а потом волна разрушения стекла с частотой около 5 кГц. Микрофон преобразует звуковые колебания воздушной среды в электрические сигналы. Извещатель обрабатывает эти сигналы и принимает решение о наличии проникновения. При установке извещателя все участки охраняемого стекла должны быть в пределах его прямой видимости.
Датчик емкостной системы представляет собой один или несколько металлических электродов, размещенных на конструкции охраняемого проема. Принцип действия емкостных охранных извещателей основан на регистрации значения, скорости и длительности изменения емкости чувствительного элемента, в качестве которого используются подключенные к извещателю металлические предметы или специально проложенные провода. Извещатель выдает сигнал тревоги при изменении электрической емкости охранного предмета (сейф, металлический шкаф) относительно «земли», вызванным приближением человека к этому предмету. Можно использовать для охраны периметра здания через натянутые провода.
Вибрационные извещатели служат для защиты от проникновения на охраняемый объект путем разрушения различных строительных конструкций, а также защиты сейфов, банкоматов и т. п. Принцип действия вибрационных датчиков основан на пьезоэлектрическом эффекте (пьезоэлектрики вырабатывают электрический ток при нажатии или отпускании кристалла), который состоит в изменении электрического сигнала при вибрации пьезоэлемента. Электрический сигнал, пропорциональный уровню вибрации, усиливается и обрабатывается схемой извещателя по специальному алгоритму, чтобы отделить разрушающее воздействие от сигнала помехи. Принцип действия вибрационных систем с сенсорными кабелями основан на трибоэлектрическом эффекте. При деформациях такого кабеля в диэлектрике, расположенном между центральным проводником и проводящей оплеткой, возникает электризация, регистрируемая как разность потенциалов между проводниками кабеля. Чувствительным элементом является сенсорный кабель, преобразующий механические вибрации в электрический сигнал. Существуют и более совершенные электромагнитные микрофонные кабели.
Относительно новый принцип защиты помещений состоит в использовании изменения давления воздуха при вскрытии замкнутого помещения (барометрические датчики) до сих пор не оправдал возлагавшихся на него ожиданий и почти не используется при оборудовании многофункциональных и крупных объектов. Эти датчики имеют высокую частоту ложных срабатываний и довольно жесткие ограничения по применению.
Необходимо отдельно остановиться на распределенных волоконно-оптических системах для охраны периметра. Современные волоконно-оптические датчики могут производить измерения давления, температуры, расстояния, положения в пространстве, ускорений, колебаний, массы звуковых волн, уровня жидкости, деформации, коэффициента преломления, электрического поля, электрического тока, магнитного поля, концентрации газа, дозы радиационного излучения и т. д. Оптическое волокно одновременно является линией связи и чувствительным элементом. В оптическое волокно подается свет лазера с высокой выходной мощностью и коротким импульсом излучения, затем измеряются параметры обратного рэлеевского рассеяния, а также френелевского отражения от стыков и торцов волокна. Под воздействием различных факторов (деформации, акустических колебаний, температуры, а при соответствующем покрытии волокна – электрического или магнитного поля) меняется разность фаз между поданным и отраженным световым импульсом. По временной задержке между моментом излучения импульса и моментом прихода сигнала обратного рассеяния определяется местоположение неоднородности, по интенсивности излучения обратного рассеяния определяются потери на участке линии.
Для отделения сигналов, создаваемых нарушителем, от шумов и помех используется анализатор сигналов, основанный на принципе нейронной сети. Сигнал на вход нейросетевого анализатора подается в виде спектрального вектора, формируемого процессором DSP (Digital Signal Processing), принцип действия которого основан на алгоритмах быстрого преобразования Фурье.
Достоинствами распределенных волоконно-оптических систем является возможность определять место нарушения границы объекта, использовать эти системы для охраны периметров протяженностью до 100 км, низкий уровень ложных срабатываний и относительно невысокая цена за погонный метр.
Лидером среди оборудования охранной сигнализации в настоящее время является комбинированный датчик, построенный на использовании одновременно двух каналов обнаружения человека – ИК-пассивного и микроволнового. В настоящее время он вытесняет все другие приборы, и многие установщики сигнализаций применяют его как единственный датчик для объемной защиты помещений. Среднее время наработки на ложное срабатывание составляет 3–5 тыс. ч., а в некоторых условиях достигает года. Он позволяет блокировать такие помещения, где ИК-пассивные или микроволновые датчики вообще не применимы (первые – в помещениях со сквозняками и тепловыми помехами, вторые – с тонкими неметаллическими стенками). Но вероятность обнаружения у таких датчиков всегда меньше, чем у любого из составляющих двух его каналов. Достичь того же успеха можно, применив по отдельности оба датчика (ИК и микроволновый) в одном помещении, а сигнал тревоги формировать только при срабатывании обоих извещателей в заданном интервале времени (обычно это несколько секунд), используя для этой цели возможности приемно-контрольной аппаратуры.
2.4. Типы пожарных извещателей
Для обнаружения возгорания могут использоваться следующие основные принципы активации пожарных извещателей:
детекторы дыма – на основе ионизации или фотоэлектрического принципа;
детекторы тепла – на основе фиксирования уровня подъема температуры или какого-то ее определенного показателя;
детекторы пламени – на основе использования ультрафиолетового или инфракрасного излучения;
детекторы газа.
Ручные извещатели необходимы для принудительного перевода системы в режим сигнализации о пожаре человеком. Могут быть реализованы в виде рычагов или кнопок, покрытых прозрачными материалами (легко разбиваемыми при пожаре). Чаще всего они устанавливаются в легкодоступных местах общего пользования.
Тепловые извещатели реагируют на изменение температуры окружающей среды. Отдельные материалы горят практически без выделения дыма (например, дерево), или распространение дыма затруднено вследствие малого пространства (за подвесными потолками). Применяются в случаях, когда в воздухе высока концентрация аэрозольных частиц, не имеющих никакого отношения к процессам горения (водяные испарения, мука на мельнице и т. п.). Тепловые пороговые пожарные извещатели выдают сигнал «пожар» при достижении пороговой температуры, дифференциальные – фиксируют пожароопасную ситуацию по скорости нарастания температуры.
Контактный пороговый тепловой извещатель выдает тревожный сигнал при превышении заранее заданной предельно допустимой температуры. При нагревании расплавляется контактная пластина, электрическая цепь разрывается и вырабатывается тревожный сигнал. Это самые простые извещатели. Обычно пороговая температура составляет 75 °C.
В качестве чувствительного элемента может применяться и полупроводниковый элемент. При росте температуры сопротивление цепи падает, и по ней течет больший ток. При превышении пороговой величины электрического тока вырабатывается тревожный сигнал. Полупроводниковые чувствительные элементы имеют более высокую скорость реагирования, величина пороговой температуры может быть задана произвольно, а при срабатывании датчика не происходит разрушения прибора.
Дифференциальные тепловые извещатели обычно состоят из двух термоэлементов, один из которых располагается внутри корпуса извещателя, а второй помещен снаружи. Токи, протекающие через эти две цепи, подаются на входы дифференциального усилителя. При увеличении температуры ток, протекающий по наружной цепи, резко изменяется. Во внутренней цепи он почти не меняется, что приводит к дисбалансу токов и формированию тревожного сигнала. Использование термопары позволяет исключить влияние плавных температурных изменений, вызванных естественными причинами. Эти датчики являются наиболее быстрыми по скорости реагирования и устойчивыми в работе.
Линейные тепловые извещатели. Конструкция представляет собой четыре медных проводника с оболочками из специального материала с отрицательным температурным коэффициентом. Проводники упакованы в общий кожух так, что плотно соприкасаются своими оболочками. Провода соединяются в конце линии попарно между собой, образуя две петли, соприкасающиеся оболочками. Принцип действия: при увеличении температуры оболочки изменяют свое сопротивление, изменяя также общее сопротивление между петлями, которое и измеряется специальным блоком обработки результатов. По величине этого сопротивления и принимается решение о наличии возгорания. Чем больше длина кабеля (до 1,5 км), тем выше чувствительность прибора.
Дымовые извещатели предназначены для обнаружения наличия заданной концентрации частиц дыма в воздухе. Состав частиц дыма может быть различным. Поэтому по принципу действия дымовые извещатели подразделяются на два основных типа – оптоэлектронные и ионизационные.
Ионизационный дымовой извещатель. Поток радиоактивных частиц (обычно применяется америций-241) поступает в две отдельные камеры. При попадании частиц дыма (цвет дыма не важен) в измерительную (внешнюю) камеру происходит уменьшение тока, протекающего через нее, поскольку при этом происходит уменьшение длины пробега ?-частиц и увеличение рекомбинации ионов. Для обработки используется разность между токами в измерительной и контрольной камерах. Ионизационные извещатели не наносят вреда здоровью людей (источник радиоактивного излучения порядка 0,9 мкКи). Эти датчики дают реальную пожарную защиту во взрывоопасных зонах. Они также имеют рекордно низкий ток потребления. Недостатками являются сложность захоронения после окончания срока службы (не менее 5 лет) и уязвимость к изменениям влажности, давления, температуры, скорости движения воздуха.
Оптический дымовой извещатель. Измерительная камера этого устройства содержит оптоэлектронную пару. В качестве задающего элемента используется светодиод или лазер (аспирационный датчик). Излучение задающего элемента инфракрасного спектра в обычных условиях не попадает на фотоприемник. При попадании частиц дыма в оптическую камеру происходит рассеивание излучения от светодиода. Вследствие оптического эффекта рассеивания инфракрасного излучения на частицах дыма на фотоприемник попадает свет, обеспечивая получение электрического сигнала. Чем больше концентрация рассеивающих частиц дыма в воздухе, тем выше уровень сигнала. Для правильной работы оптического извещателя очень важной является конструкции оптической камеры.
Сравнительная характеристика ионизационных и оптических типов извещателей приведена в табл. 3.
Сравнение эффективности способов обнаружения дыма
Лазерный извещатель обеспечивает обнаружение задымления на уровнях удельной оптической плотности примерно в 100 раз меньших, чем современные светодиодные датчики. Существуют более дорогие системы с принудительным всасыванием воздуха. Для поддержания чувствительности и недопущения ложного срабатывания оба типа извещателей (ионизационный или фотоэлектрический) требуют периодической очистки.
Дымовые линейные извещатели незаменимы в помещениях с высокими потолками и большими площадями. Они широко используются в системах пожарной сигнализации, так как появляется возможность фиксировать пожароопасную ситуацию на сверхранних этапах. Простота монтажа, настройки и эксплуатации современных линейных датчиков позволяют им конкурировать по цене с точечными извещателями даже в помещениях средних размеров.
Комбинированный дымовой пожарный извещатель (в одном корпусе собраны ионизационный и оптический типы извещателей) работает по двум углам отражения света, что позволяет измерять и анализировать соотношение характеристик прямого и обратного рассеяния света, определяя типы дыма и снижая количество ложных тревог. Это осуществляется за счет использования двухугольной технологии рассеяния света. Известно, что отношение прямого рассеянного света к обратному для темного дыма (сажи) больше, чем для светлых типов дыма (тлеющая древесина), и еще выше для сухих веществ (цементная пыль).
Следует отметить, что наиболее эффективным является извещатель, сочетающий в себе фотоэлектрические и тепловые чувствительные элементы. Сегодня производятся и трехмерные комбинированные извещатели, в них соединены дымовой оптический, дымовой ионизационный и тепловой принцип обнаружения. На практике применяются довольно редко.
Извещатели пламени. Открытый огонь имеет характерное излучение и в ультрафиолетовой, и в инфракрасной частях спектра. Соответственно, выпускаются два типа устройств:
ультрафиолетовые – высоковольтный газоразрядный индикатор постоянно контролирует мощность излучения в ультрафиолетовом диапазоне. При появлении открытого огня сильно повышается интенсивность разрядов между электродами индикатора и выдается тревожный сигнал. Подобный датчик может проконтролировать площадь до 200 м2 при высоте установки до 20 м. Инерционность срабатывания не превышает 5 с;
инфракрасные – с помощью ИК-чувствительного элемента и оптической фокусирующей системы регистрируют характерные всплески ИК-излучения при появлении возгорания. Этот прибор позволяет определять в течение 3 с наличие пламени размером от 10 см на расстоянии до 20 м при угле обзора 90°.
Сейчас появились датчики нового класса – аналоговые извещатели с внешней адресацией. Датчики являются аналоговыми, но адресуются шлейфом сигнализации, в котором они установлены. Датчик производит самотестирование всех своих узлов, проверяет запыленность дымовой камеры, передает результаты тестирования на приемно-контрольный прибор. Компенсация запыленности дымовой камеры позволяет увеличить время работы извещателя до очередного обслуживания, самотестирование исключает ложные срабатывания. Такие извещатели сохраняют все преимущества адресно-аналоговых извещателей, имеют низкую стоимость и способны работать с недорогими неадресными ПКП. При постановке в шлейф сигнализации нескольких извещателей, каждый из которых будет установлен в помещении один, необходимо в общем коридоре установить устройства выносной оптической индикации.
Критерием эффективности работы аппаратуры ОПС является сведение к минимуму числа ошибок и ложных срабатываний. Считается отличным результатом работы наличие одной ложной тревоги с одной зоны в месяц. Частота ложных срабатываний является основной характеристикой, по которой можно судить о помехоустойчивости извещателя. Помехоустойчивость – это показатель качества датчика, характеризующий его способность стабильно работать в различных условиях.
Управление системой охранно-пожарной сигнализации осуществляются с приемно-контрольного прибора (концентратора). Состав и характеристика этой аппаратуры зависят от важности объекта, сложности и разветвления системы сигнализации. В простейшем случае контроль за работой ОПС состоит из включения и выключения датчиков, фиксации сигналов тревоги. В сложных, разветвленных системах сигнализации контроль и управление осуществляются с помощью компьютеров.
Современные системы охранной сигнализации основаны на применении микропроцессорных контрольных панелей, связанных со станцией наблюдения по проводным линиям или радиоканалу. В системе может быть несколько сотен охранных зон, для облегчения управления зоны сгруппированы по разделам. Это позволяет ставить и снимать с охраны не только каждый датчик в отдельности, но и сразу этаж, здание и т. д. Обычно раздел отражает некоторую логическую часть объекта, например, комнату или группу комнат, объединенную некоторым существенным логическим признаком. Приемно-контрольные приборы позволяют осуществлять: управление и контроль за состоянием как всей системы ОПС, так и каждого датчика (включен-выключен, тревога, выход из строя, сбой на канале связи, попытки вскрытия датчиков или канала связи); анализ сигналов тревоги от различных типов датчиков; проверку работоспособности всех узлов системы; запись сигналов тревоги; взаимодействие работы сигнализации с другими техническими средствами; интеграцию с другими системами защиты (охранным телевидением, охранным освещением, системой пожаротушения и т. п.). Характеристики неадресных, адресных и адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации приведены в табл. 4.
Таблица 4
Характеристики неадресных, адресных и адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации
2.5. Обработка и протоколирование информации, формирование управляющих сигналов тревоги ОПС
Для обработки и протоколирования информации и формирования управляющих сигналов тревоги может использоваться различная приемно-контрольная аппаратура – центральные станции, контрольные панели, приемно-контрольные приборы.
Приемно-контрольный прибор (ПКП) осуществляет питание охранных и пожарных извещателей по шлейфам охранно-пожарной сигнализации, прием тревожных извещений от датчиков, формирует тревожные сообщения, а также передает их на станцию централизованного наблюдения и формирует сигналы тревоги на срабатывание других систем. Такая аппаратура отличается информационной емкостью – количеством контролируемых шлейфов сигнализации и степенью развития функций управления и оповещения.
Чтобы обеспечить соответствие прибора выбранной тактике применения, выделяют контрольные панели охранно-пожарной сигнализации для малых, средних и больших объектов.
Обычно небольшие объекты оборудуются неадресными системами, контролирующими несколько шлейфов охранно-пожарной сигнализации, а на средних и больших объектах используются адресные и адресно-аналоговые системы.
ПКП малой информационной емкости. Обычно в этих системах применяются охранно-пожарные приемно-контрольные приборы, где в один шлейф включается предельно допустимое число датчиков. Эти ПКП позволяют решить максимум задач при сравнительно небольших затратах на комплектование системы. Малые ПКП обладают универсальностью шлейфов по своему назначению, т. е. возможна передача сигнальных и управляющих команд (тревожный, охранный, пожарный режимы работы). Они имеют достаточное количество выходов на пульт центрального наблюдения, позволяют вести протокол событий. Выходные цепи малых ПКП имеют выходы с достаточной силой тока для питания извещателей от встроенного источника питания, могут управлять пожарным или технологическим оборудованием.
В настоящее время наметилась тенденция применения вместо ПКП малой информационной емкости ПКП средней информационной емкости. При этой замене единовременные расходы почти не увеличиваются, зато трудозатраты при ликвидации неисправностей в линейной части существенно снижаются за счет точного определения места отказа.
ПКП средней и большой информационной емкости. Для централизованного приема, обработки и воспроизведения информации с большого числа объектов охраны используются пульты и системы централизованного наблюдения. При использовании прибора с общим центральным процессором с сосредоточенной или древовидной структурой прокладки шлейфов (как адресных, так и безадресных ОПС) неполное использование информационной емкости ПКП приводит к некоторому удорожанию системы.
В адресных системах одному адресу должно соответствовать одно адресное устройство (извещатель). При использовании компьютера ввиду отсутствия центрального пульта управления при ограниченных функциях контроля и управления в самих блоках ПКП возникают трудности резервирования питания и невозможность полноценного функционирования системы ОПС при отказе самого компьютера.
В адресно-аналоговых пожарных ПКП цена оборудования на один адрес (ПКП и датчик) в них в два раза больше, чем у аналоговых систем. Но число адресно-аналоговых датчиков в отдельных помещениях по сравнению с пороговыми (максимальными) извещателями допускается уменьшать с двух до одного. Повышенная адаптивность, информативность, самодиагностика системы минимизируют эксплуатационные расходы. Применение адресных, распределенных или древовидных структур минимизирует затраты на кабели и их прокладку, а также затраты на текущий ремонт до 30–50 %.
Использование ПКП для систем пожарной сигнализации обладает некоторыми особенностями. Используемые структуры систем подразделяются следующим образом:
1) ПКП с сосредоточенной структурой (в виде единого блока, с безадресными радиальными шлейфами) для систем пожарной сигнализации средней и большой информационной емкости. Подобные ПКП применяются все реже, можно рекомендовать использовать их в системах, имеющих до 10–20 шлейфов;
2) ПКП адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации. Адресно-аналоговые приемно-контрольные приборы намного дороже адресных пороговых, но особых преимуществ не имеют. Они проще в монтаже, обслуживании и ремонте. В них значительно повышена информативность;
3) ПКП адресных систем пожарной сигнализации. Группы пороговых датчиков образуют адресные зоны контроля. ПКП конструктивно и программно состоят из законченных функциональных блоков. Система совмещается с извещателями любой конструкции и принципа действия, превращая их в адресные. Адресация всех устройств в системе обычно производится автоматически. Позволяют совместить большинство достоинств адресно-аналоговых систем с дешевизной максимальных (пороговых) датчиков.
На сегодняшний день разработан цифроаналоговый шлейф сигнализации, соединивший достоинства аналоговых и цифровых шлейфов. Он располагает большей информативностью (кроме обыкновенных сигналов можно передавать дополнительные). Способность передавать дополнительные сигналы позволяет отказаться от настройки и программирования шлейфов сигнализации, применять в одном шлейфе сразу несколько типов извещателей при автоматической настройке на работу с любым из них. Это снижает для каждого объекта требуемое число шлейфов сигнализации. При этом ПКП может имитировать работу шлейфа сигнализации по команде своего извещателя для передачи информации на другой такой же прибор, выполняющий роль пульта центрального наблюдения (ПЦН).
ПЦН может не только принимать информацию, но и передавать основные команды. Этот охранно-пожарный прибор не нужно специально программировать (настройка происходит автоматически, аналогично функции в компьютере «Plug & Рlау»). Следовательно, для обслуживания не требуется высококвалифицированных специалистов. В одном пожарном шлейфе прибор принимает сигналы от тепловых, дымовых, ручных извещателей, датчиков контроля инженерных систем, различает срабатывание одного или двух извещателей и даже может работать с аналоговыми пожарными извещателями. Адрес шлейфа сигнализации становится адресом помещения, причем без программирования параметров прибора или извещателей.
2.6. Исполнительные устройства ОПС
Исполнительные устройства ОПС должны обеспечить выполнение заданной реакции системы на тревожное событие. Применение интеллектуальных систем позволяет проводить комплекс мероприятий, связанных с устранением пожара (выявление возгорания, оповещение специальных служб, информирование и эвакуация персонала, активация системы пожаротушения), и проводить их в полностью автоматическом режиме. Уже давно применяются автоматические системы пожаротушения, выпускающие в охраняемое помещение огнеподавляющее вещество. Они могут локализовать и ликвидировать возгорания до того, когда они перерастают в настоящий пожар, и воздействуют прямо на очаги возгорания. Сейчас существует целый ряд систем, которые можно применять без ущерба для техники (в том числе и с электронной начинкой).
Следует отметить, что подключение к охранно-пожарным ПКП автоматических установок пожаротушения несколько неэффективно. Поэтому специалисты рекомендуют применять отдельный пожарный ПКП с возможностью управления автоматическими установками пожаротушения и речевым оповещением.
Системы автономного пожаротушения наиболее эффективно устанавливать в местах, где пожар особенно опасен и способен нанести непоправимый урон. В состав автономных установок обязательно входят устройства хранения и подачи огнетушащего вещества, устройства обнаружения очагов пожара, устройства автоматического пуска, средства подачи сигнала о пожаре или срабатывании установки. По типу огнеподавляющего вещества системы подразделяются на водяные, пенные, газовые, порошковые, аэрозольные.
Спринклерные и дренчерные системы автоматического пожаротушения используют для тушения водой очагов возгорания на больших площадях тонкораспыленными потоками воды. В этом случае необходимо учитывать возможность возникновения косвенного ущерба, связанного с потерей потребительских свойств оборудования и (или) товара при намокании.
Системы пенного пожаротушения используют для тушения воздушно-механическую пену и применяются без ограничений. В комплект системы входят пеносмеситель в комплекте с обвязкой и бак-дозатор с эластичной емкостью для хранения и дозирования пенного концентрата.
Системы газового пожаротушения применяют для защиты библиотек, вычислительных центров, банковских депозитариев, небольших офисов. При этом, возможно, потребуются дополнительные затраты для обеспечения должной герметичности защищаемого объекта и проведения организационно-технических мероприятий по превентивной эвакуации персонала.
Порошковые системы пожаротушения используются там, где необходимо локализовать очаг пожара и обеспечить сохранность материальных ценностей и оборудования, не поврежденных пожаром. По сравнению с другими типами автономных огнетушителей порошковые модули отличаются низкой ценой, простотой обслуживания, экологической безопасностью. Большинство модулей порошкового пожаротушения могут работать как в режиме электрозапуска (по сигналам пожарных датчиков), так и в режиме самозапуска (при превышении критической температуры). Кроме автономного режима работы, как правило, предусматривают возможность ручного пуска. Эти системы применяют для локализации и тушения очагов пожара в замкнутых объемах и на открытом воздухе.
Аэрозольные системы пожаротушения – системы, которые используют для тушения мелкодисперсные твердые частицы. Отличием аэрозольной системы пожаротушения от порошковой является лишь то, что в момент срабатывания выделяется аэрозоль, а не порошок (большего размера, нежели аэрозоль). Эти две системы пожаротушения схожи между собой и по функциям, и по принципу действия.
Преимущества такой системы пожаротушения (такие как простота установки и монтажа, универсальность, высокая тушащая способность, эффективность, использование при низких температурах и способность тушить материалы, находящиеся под напряжением) носят, прежде всего, экономический, технический и эксплуатационный характер.
Недостатком такой системы пожаротушения является опасность для здоровья человека. Срок службы ограничивается 10 годами, по истечении которых ее необходимо демонтировать и заменить на новую.
Другим важным элементом ОПС является тревожное оповещение. Тревожное оповещение может осуществляться ручным, полуавтоматическим или автоматическим управлением. Основное назначение системы оповещения – это предупреждение находящихся в здании людей о пожаре или другой аварийной ситуации и управление их движением в безопасную зону. Оповещение о пожаре или других чрезвычайных ситуациях должно существенно отличаться от оповещения охранной сигнализации. Ясность и равномерность подаваемой информации в речевом оповещении имеют решающее значение.
Системы оповещения различаются по составу и принципу работы. Управление работой блоков аналоговой системы оповещения осуществляется с помощью матричного блока управления. Управление цифровой системой оповещения обычно реализуется с помощью компьютера. Локальные системы оповещения транслируют в ограниченном числе помещений записанное ранее текстовое сообщение. Обычно такие системы не позволяют оперативно управлять эвакуацией, например, с микрофонной консоли. Централизованные системы в автоматическом режиме транслирует по заранее определенным зонам записанное экстренное сообщение. При необходимости диспетчер может передавать сообщения с микрофонной консоли (полуавтоматический режим трансляции).
Большинство систем оповещения о пожаре строится по модульному принципу. Порядок организации системы оповещения зависит от особенностей защищаемого объекта – архитектуры объекта, характера производственной деятельности, количества персонала, посетителей и т. д. Для большинства небольших и средних объектов нормами пожарной безопасности определена установка систем оповещения 1-го и 2-го типа (подача звуковых и световых сигналов во все помещения здания). В системах оповещения 3-го, 4-го и 5-го типов одним из основных способов оповещения является речевой. Выбор количества и мощности включения оповещателей в конкретном помещении напрямую зависит от таких основополагающих параметров, как уровень шума в помещении, размеры помещения и звуковое давление устанавливаемых оповещателей.
В качестве источников звуковых сигналов тревоги используются звонки громкого боя, сирены, динамики и т. п. В качестве световых чаще всего используются световые табло «Выход», световые указатели «Направление движения», световые мигающие оповещатели (строб-вспышки).
Обычно тревожное оповещение управляет другими средствами системы защиты. Например, в случае нестандартной ситуации между рекламными сообщениями могут передаваться обычные на первый взгляд объявления, которые условными фразами информируют службу охраны и персонал предприятия о происшествиях. Например: «Дежурный охранник, позвоните по телефону 112». Число 112 может означать потенциальную попытку вынести на себе неоплаченную одежду из магазина. При чрезвычайных обстоятельствах система оповещения должна обеспечить управление эвакуацией людей из помещений и зданий. В штатном режиме система оповещения может использоваться также для передачи фоновой музыки или рекламных объявлений.
Также система оповещения может аппаратно или программно интегрироваться с системой контроля доступа, и при получении тревожного импульса с датчиков система оповещения будет выдавать команду на открывание дверей дополнительных эвакуационных выходов. Например, при возникновении пожара по сигналу тревоги приводится в действие система автоматического пожаротушения, включается система дымоудаления, отключается принудительная вентиляция помещений, отключается электропитание, производится автодозвон по заданным телефонным номерам (в т. ч. в аварийные службы), включается аварийное освещение и т. д. А при обнаружении несанкционированного прохода в помещения срабатывает система автоматической блокировки дверей, посылаются SМS-сообщения на сотовый телефон, отправляются сообщения по пейджеру и др.
Каналами связи в системе ОПС могут быть специально проложенные проводные линии либо уже имеющиеся на объекте телефонные линии, телеграфные линии и радиоканалы.
Наиболее распространенными системами связи являются многожильные экранированные кабели, которые для повышения надежности и безопасности работы сигнализации помещают в металлические или пластмассовые трубы, металлорукава. Линии передач, по которым поступают сигналы от извещателей, представляют собой физические шлейфы.
Помимо традиционных линий проводной связи в системах ОПС сегодня предлагаются охранно-пожарные сигнализации, работающие с применением радиоканала связи. Они обладают высокой мобильностью, пуско-наладочные работы сведены к минимуму, обеспечивается быстрый монтаж и демонтаж ОПС. Настройка радиоканальных систем производится очень просто, т. к. каждая радиокнопка имеет свой индивидуальный код. Такие системы применяются в ситуациях, где нельзя протянуть кабель или это не оправдано финансово. Скрытность этих систем совмещается с возможностью легко их нарастить или переконфигурировать.
Также нельзя забывать, что всегда существует опасность преднамеренного повреждения электрической цепи злоумышленником или прекращения подачи энергии из-за аварии. И все же системы безопасности должны сохранять свою работоспособность. Все устройства охранно-пожарной сигнализации должны быть обеспечены бесперебойным электропитанием. Энергоснабжение системы охранной сигнализации обязательно должно иметь возможности резервирования. При отсутствии напряжения в сети система обязана автоматически переключаться на резервное питание.
В случае отключения энергоснабжения функционирование сигнализации не прекращается за счет автоматического подключения резервного (аварийного) энергоисточника. Для обеспечения бесперебойного и защищенного электропитания системы применяют источники бесперебойного питания, аккумуляторы, резервные линии электроснабжения и т. д. Применение централизованного источника резервного питания приводит к потерям используемой емкости резервных аккумуляторных батарей, к дополнительным расходам на провода повышенного сечения и т. п. Применение распределенных по объекту источников резервного питания не позволяет контролировать их состояние. Для реализации их контроля применяют включение источника питания в состав адресной системы ОПС с самостоятельным адресом.
Необходимо предусмотреть возможность дублировать электроснабжение, используя различные электроподстанции. Также возможна реализация резервной линии энергоснабжения от своего генератора. Нормы пожарной безопасности требуют, чтобы охранно-пожарная сигнализация могла сохранять работоспособность в случае пропадания сетевого электропитания в течение суток в дежурном режиме и не менее трех часов в режиме тревоги.
|
|
|
Скачать 90.39 Kb.