Ключ до систем пожежної сигналізації високої надійності
Автор: Володимир Баканов, головний конструктор ПП «Артон» Забезпечення високої якості та надійності систем пожежної сигналізації - це основне завдання, що стоїть перед інсталяторами та проектувальниками систем, а також розробниками та виробниками компонентів таких систем. В галузі пожежної автоматики та пожежогасіння ця задана несе особливу відповідальність, оскільки вона пов'язана не тільки з конкурентоспроможністю виробів, а, передусім, з безпекою людей. Відмова компонентів системи, помилкові спрацювання сповіщувачів та приладів можуть не тільки спричинити матеріальні збитки, але й привести до обставин, небезпечних для здоров'я та життя громадян. Сама проблема забезпечення якості та надійності має комплексний характер та повинна вирішуватись на усіх стадіях життєвого циклу виробів. Ключовим моментом на цьому шляху є забезпечення ефективності взаємодії пожежних сповіщувачів з приладом приймально-контрольним пожежним (ППКП), тому що надійність систем пожежної сигналізації багато в чому визначається фізичними принципами здобуття достовірної інформації про стан сповіщувачів у шлейфі пожежної сигналізації. Інтерфейс спілкування сповіщувачів з ППКП встановлює, як відомо, прилад. Тому від вибору приладу, з його особливостями підключення сповіщувачів, суттєво залежить якість роботи всієї системи пожежної сигналізації: можливість розпізнання дійсних сигналів, що створюються у шлейфі пожежної сигналізації, фільтрація спотворених значень параметрів, що контролюються, належна обробка цих сигналів та перетвореннях у сигнали, що відтворюються на панелях ППКП, а також передаються у зовнішні кола, тобто на оповіщувачі та пристрої передачі сповіщень про пожежну тривогу або про несправність. Якщо провести аналіз існуючих ППКП за ознакою методів контролю станів шлейфу пожежної сигналізації, то тут найбільш поширеними є три методи:
Перші два методи застосовуються у ППКП для визначення стану дворежимних сповіщувачів, а третій — для багаторежимних адресних та адресно-аналогових сповіщувачів. Предметом статті є аналіз перших двох методів. Багато охоронно-пожежних приладів [і, 2, з] застосовують постійнострумовий метод аналізу сповіщувачів по схемі, що наведена на рис 1. На шлейф сигналізації напруга Uz подається через резистор R1, який обмежує струм короткого замикання у цьому шлейфі. Стан шлейфа контролюється за падінням напруги за допомогою дільника напруги на резисторах R2 та R3. Цей дільник напруги узгоджує високу напругу живлення шлейфу Uz з допустимим діапазоном значень величин напруги на аналоговому вході мікроконтролера DD1. На таких приладах неможливо провести автоматичну верифікацію шлейфу пожежної сигналізації, тобто відключення шлейфа від напруги живлення на кілька секунд, — за цей час сповіщувачі повинні повернутись у черговий режим роботи, якщо один з них з якихось причин перейшов у стан пожежної тривоги. Величина опору резистора R1 суттєво обмежує напругу у шлейфі пожежної сигналізації, а відповідно й кількість сповіщувачів, що можуть нормально функціонувати у такому шлейфі. Ще одним, більш суттєвим недоліком таких приладів є контроль стану шлейфу по напрузі, оскільки вся напруга завад, що має можливість відтворитися на шлейфі, буде подана на аналоговий вхід мікроконтролера разом з корисним сигналом. 
Значення напруг та струмів для такого приладу наведене у таблиці.
Виправити недоліки такої організації шлейфу пожежної сигналізації деякі виробники ППКП, наприклад, британські [4], намагаються зменшенням величини опору R1 практично на порядок від значень опору цього резистору у вітчизняних при ладах. У результаті ППКП використовує значно більше енергії у стані пожежної тривоги. Для таких приладів необхідно застосовувати сповіщувачі, що здатні комутувати струм більше 100 мА. Але один з головних недоліків такої схеми виправити не вдається - неможливо суттєво збільшити завадостійкість, не змінюючи сам принцип організації шлейфу пожежної сигналізації. Не сприяє завадостійкості також і достатньо високий імпеданс дільника напруги на резисторах R2 та R3. Саме на недоліки таких ППКП вказував І. Г. Нєплохов у своїй статті [2]. 
Більш досконала схема наведена на рис. 2. Така схема застосована у приладах «Варта 1/4» та «Варта 1/832». Резистор R1 з попередньої схеми замінено на керований стабілізатор струму Е1, відключення якого здійснюється мікроконтролером DD1 через транзисторний ключ Е2. На аналоговий вхід мікроконтролера DD1 напруга подається з резистора R1 (див рис. 2), який включено між загальною шиною та виводом «-Z» шлейфу пожежної сигналізації. Таке узгодження сигналів, що виникають у шлейфі пожежної сигналізації, з мікроконтролером DD1 може здаватись оптимальним за кількістю застосованих елементів, але не можна його назвати оптимальним з огляду на завадостійкість. За рахунок застосування керованого стабілізатора струму Е1 у такої схеми з'являється можливість обмеження струму короткого замикання у шлейфі, а також проведення автоматичної або напівавтоматичної верифікації. Але для забезпечення узгодження сигналів між струмом у шлейфі та напругою, що подається на аналоговий вхід мікроконтролера DD1, опір резистора R1 повинен бути значним. Тому синфазна складова напруги завад буде досягати на цьому резисторі значних величин. 
Таким чином, недоліком такого ППКП є низька завадостійкість, яка обумовлена тим, що він містить резистор R1 для контролю струму у шлейфах відповідних зон, падіння напруги на якому зменшує стабільність напруги між виводами «+Z» та «-Z» для підключення зон, від яких живляться сповіщувачі. Крім того, на цьому резисторі відтворюється ЕРС електричних завад відносно загальної шини, що зазвичай заземлюється. Застосування у ППКП шлейфів із знакозмінним формуванням напруги не поліпшує завадостійкість систем пожежної сигналізації [5]. Аналіз технічних рішень, які застосовані у таких ППКП, можна провести на основі приладу «Варта 1/2», блок-схема якого відповідає рис. 3. Суттєвими відмінностями такого технічного рішення від попередніх схем є застосування у шлейфі пожежної сигналізації імпульсів від'ємної полярності. Створюються еони від додаткового джерела живлення від'ємної напруги - Uz додатковим іранзисторним ключем Е3, керування яким здійснюється з того ж самого виводу мікроконтролера DD1, що й керування першим транзисторним ключем Е2. Контроль струму у шлейфі здійснюється на резисторі R1 аналогічно до попередньої схеми, яка наведена на рис. 2. Перетворювач напруги Е4 забезпечує узгодження від'ємних напруг, які з'являються на резисторі R1, з діапазоном можливих напруг на аналогових входах мікроконтролера DD1. За рахунок 5-кратного перевищення величини +Uz над напругою на резисторі R1 забезпечується достатня напруга між виводами «+Z» та «-Z» для живлення сповіщувачів. Однак і у цієї схеми узгодження величина опору резистора R1 є суттєвою для синфазної складової на пруги завад. Відсутність опору навантаження у кінці шлейфу дещо зменшує загальний струм споживання такого ППКП, але створює додаткові умови для хибних спрацювань сповіщувачів, особливо в кінці шлейфів, за рахунок індуктивності фах струм через кінцевий резистор значно зменшує добротність індуктивностей цих провідників, що, в свою чергу, зменшує ймовірність хибних спрацювань сповіщувачів. У знакозмінному шлейфі пожежної сигналізації на основі ППКП, блок-схема якого відповідає рис. З, зміна полярності напруги відбувається дуже швидко, тому фронти електричних імпульсів у шлейфі створюють на місцях підключення сповіщувачів електромагнітні імпульси, які ускладнюють роботу пожежних сповіщувачів, особливо димових. Необхідно відзначити також те, що тривалість імпульсів від'ємної полярності практично в усіх ППКП із знакозмінною напругою не перевищує 20 мс, тому можна впевнено стверджувати, що у таких приладах не застосовується метод інтегрування сигналів тривалістю кратною 20 мс. Інші технічні рішення, що застосовуються у ППКП із знакозмінною напругою, наприклад у приладах типу «Гамма» (див. рис. 4), забезпечують комутацію шлейфу мостовим перемикачем, який живиться від одного джерела живлення +Uz та управляється двома виходами Out1 та Out2 мікроконтролера DD1. Завдяки тому, що у мостовому перемикачі транзисторні ключі Е2 та Е5, а також Е3 та Е4 перемикаються попарно з відповідною затримкою одної пари відносно іншої, відсутні наскрізні струми через стабілізатор струму Е1 та транзисторний ключ Е3, а також через транзисторні ключі Е4 та Е5. У той же час плавні фронти перемикання полярності напруги унеможливлюють хибні спрацювання сповіщувачів, зумовлені імпульсним живленням такого шлейфу. Але у цієї схеми залишаються принципові недоліки, такі, як високий імпеданс та індуктивність шлейфу та контроль стану за падінням напруги на шлейфі. В даний час надзвичайно актуальною с чітка взаємодія організацій розробників ППКП та організацій-розробників пожежних сповіщувачів. Правильний підхід до питань розуміння особливостей та узгодження ППКП та сповіщувачів дозволяє одержувати системи пожежної сигналізації, з високою надійністю. Саме завдяки взаємодії провідних спеціалістів підприємств ПП «Артон» та МНВФ «Гамма» вдалось суттєво скоротити кількість хибних спрацювань систем пожежної сигналізації, зроблених з використанням компонентів цих виробників. Зараз на сайтах обох підприємств представлені рекомендовані схеми підключення, які практично перевірені та застосовуються як проектними, так й інсталюючими організаціями. У приладів зі знакозмінною напругою у шлей фах пожежної сигналізації існують, крім того, інші проблеми, які ускладнюють обробку інформації про стан шлейфу з активними пожежними сповіщувзчами. Розробникам таких приладів слід брати до уваги те, що активні пожежні сповіщувачі не можна ототожнювати з пасивними контактними сповіщувачами. Особливості активних сповіщувачів контрастно виявляються, коли до шлейфу із знакозмінною напругою підключено кілька десятків таких сповіщувачів. Так, наприклад, спеціалісти ПП «Артон» проводять технічні консультації з розробниками приладів «Алто-2000» для забезпечення стійкої роботи активних теплових сповіщувачів з цими приладами. Є всі передумови для того, щоб і ця проблема знайшла своє рішення з мінімальними витратами з обох сторін, а споживачі систем пожежної сигналізації, автоматики та пожежогасіння опинилися у виграші. Існує також цілий клас приладів, до яких можливо підключити тільки чотирьохпровідні пожежні сповіщувачі. Саме до таких ППКП належить «Пегасом». Напруга у шлейфі такого приладу у черговому режимі роботи не перевищує 7,і В, що є недостатнім для нормальної роботи багатьох пожежних сповіщувачів. Для узгодження двохпровідних сповіщувачів з такими приладами застосовуються модулі узгодження шлейфів серії МУШ [6]. які виробляє підприємство «Артон». Узгоджені схеми підключення сповіщувачів за допомогою таких модулів до приладів фірми «Аргус-Інформ» також розміщено на сайтах обох підприємств. Практична перевірка цих рекомендацій кількома інсталяторами підтвердила дієвість наданих технічних рішень. Для забезпечення побудови дійсно захищеного шлейфу пожежної сигналізації, який здатний зменшити рівень завад принаймні на 70 дБ [7], необхідно застосовувати принципово інші схеми побудови ППКП. Саме такі схеми були застосовані у приладах фірми «Артон», побудованих на основі інноваційних рішень, винайдених співробітниками цього підприємства [8, д]. 
На рис. 5 представлена блок схема приладів «Артон 02П» та «Артон-08П». Особливостями цього рішення є те, що вивід -Z заземлений, а транзистор VT 1 виконує ролі, комутатора та обмежувача стру му. Керування цим транзистором здійснюється від мікроконтролера DD1 через транзисторний ключ Е1. Контроль за струмом у шлейфі здійснюється за падінням напруги на резисторі R1. Опір цього резистора невеликий, тому що за допомогою диференціального підсилювача DA1 можливо забезпечити необхідний коефіцієнт підсилення. Застосувавши цю схему, можливо контролювати струм у шлейфі пожежної сигналізації при незначному падінні на пруги на вимірювальному резисторі R1. Синфазної складової напруги завад практично немає, тому що вивід -Z заземлений. До недоліків такого рішення можна віднести складну схему узгодження сигналів на диференціальному підсилювачі DA1, але у багатошлейфному приладі можна застосовувань тільки один підсилювач, послідовно контролюючи напругу на резисторах R1 кожного шлейфу мультиплексором. Виправити цей недолік може й інше рішення, представлене на рис.6, яке було застосоване у приладах «Артон-16П» та «Артон-32П». Узгодження сигналів між входом мікроконтролера DD1 та струмом у шлейфі виконане на транзисторному струмовому дзеркалі з необхідним коефіцієнтом перетворення. Транзисторний ключ Е1 узгоджує рівні сигналу для керування станом транзисторів VT1та VT2 від мікроконіролера DD1. Особливістю такого технічного рішення також є те, що режими його роботи практично не залежать від вибору напруги на шлейфі, будь то 15 В, або 24 В. Кожен ППКП має свої переваги та недоліки. Представлені два патенти, звичайно, не вирішують усіх проблем, пов'язаних з надійною роботою систем пожежної сигналізації. Але для усунення недоліків просмто необхідні неординарні технічні рішення, іншими словами — винаходи, які повинні стати основою інноваційної моделі вирішення проблем. Майстер-ключом до систем пожежної сигналізації має бути створення та забезпечення об'єктів фірмовими інновацій ними технічними засобами, узгодженість яких між собою забезпечується запатентованими фірмовими рішеннями. Саме так намагається вирішувати проблему підвищення надійності та розширення номенклатури продукції приватне підприємство «Артон» впродовж свого існування. Ознайомитись з технічними документами на ППКП та на іншу продукцію ПП «Артон» можна на сайті: www.arton.com.ua, замовити вироби за телефоном (0372) 557-498, або за e-mail: 557498@ arton.com.ua. Технічні консультації надаються за телефоном (0372) 557-492, або за E-mail: technical@ arton.com.ua. Література:
|
З таблиці видно, що зона між режимом пожежної тривоги та коротким замиканням дуже вузька і суттєво залежить від опору дротів лінії зв'язку та кількості сповіщувачів у стані пожежної тривоги.