Понятие и виды охранно-пожарной сигнализации

Пожарная сигнализация предназначена для своевременного обнаружения места возгорания и формирования управляющих сигналов для систем оповещения о пожаре, пожаротушения и дымоудаления.

Система пожарной сигнализации (СОПС) - это совокупность совместно действующих технических средств, которая состоит из следующих основных частей:

1)Чувствительные  элементы (извещатели, датчики) - Извещатели, в соответствии с назначением предназначены для получения информации об опасной ситуации на объекте, и, в соответствии с проектным решением, образуют зоны контроля пожарной сигнализацией - совокупности площадей, объемов помещений объекта, появление в которых факторов пожара будет обнаружено пожарными извещателями. Извещатели устанавливаются в шлейфы пожарной сигнализации - соединительные линии, прокладываемые от пожарных извещателей до распределительной коробки или приемно-контрольного прибора.

2) Приемно-контрольный прибор (ПКП) предназначен для формирования сигналов управления автоматическими средствами пожаротушения (АСПТ), контроля их состояния, управления световыми и звуковыми оповещателями, а также другими системами и приборами.

3) Пульты управления - это один из внешних интерфейсов управления и диспетчеризации системы ОПС. Они предназначены для запароленного снятия и постановки на охрану системы ОПС. Также на пульт можно выводить информацию о состоянии системы ОПС, задавать режим охраны и даже настраивать центральное устройство и всю систему ОПС.

4) Оповещатели  тревоги - устройство, формирующее тот или иной, необходимый потребителю, вид тревоги (звук, свет, звук + свет, автодозвон и т.д.).

5)Соединительные  линии связи - проводные кабельные линии, связывающие все элементы СОС,СОПС друг с другом. В ряде систем связь между извещателями и ПКП осуществляется по радиоканалу малой мощности.

6)Источники питания - устройство, обеспечивающее электропитание СОС, СОПС. Как правило, это устройства бесперебойные, т.е. имеющие аккумуляторную поддержку.

Система пожарной сигнализации это совокупность установок пожарной сигнализации, смонтированных на одном объекте и контролируемых с общего пожарного поста. Необходимость оборудования зданий и сооружений пожарной сигнализацией регламентируется нормативными документами по пожарной безопасности, в частности НПБ 110.

Оптимальный выбор оборудования пожарной сигнализации определяется, как правило, такими характеристиками здания, как защищаемая площадь, назначение объекта, характеристика возможного пожара и т.д.

В настоящее время можно  выделить три основных типа станций  пожарной сигнализации: неадресные, адресные, адресно-аналоговые. [14]

Принципы  работы систем пожарной сигнализации

Принцип работы систем АПС определяется в зависимости  от ее типа и, соответственно, от вида формируемого сигнала неадресной, адресной и адресно-аналоговой пожарной сигнализацией. Принцип работы неадресных систем заключается в приеме сигнала при срабатывании по одному из признаков пожара пожарных извещателей, установленных в шлейфах приемно-контрольных приборов, и выводе его в виде световых и звуковых сигналов на приемную станцию с указанием номера шлейфа.

В адресных системах анализ состояния окружающей среды и  формирование сигнала также производится самим извещателем, но, в дополнение к вышеизложенному, в шлейфе сигнализации реализуется протокол обмена, позволяющий  установить, какой именно извещатель сработал. В каждом извещателе или монтажном цоколе расположена схема определения адреса и система определяет конкретное место формирования сигнала о пожаре.

Адресно-аналоговые системы  сигнализации является наиболее надежными  и представляют собой центр сбора телеметрической информации, поступающей от извещателей. Постоянно ведется мониторинг состояния оборудования и окружающей среды. Так, для теплового извещателя станция постоянно контролирует температуру воздуха в месте его установки, для дымового - концентрацию дыма. По характеру изменения этих параметров именно пожарная станция, а не извещатель, как в случае адресных систем, формирует сигнал о пожаре. Это позволяет существенно повысить достоверность определения очага возгорания. Также адресно-аналоговые системы позволяют, не прерывая работу пожарной сигнализации, программно изменять фиксированный порог чувствительности извещателей при необходимости их адаптации к условиям эксплуатации на конкретном объекте. Отличительной конструктивной особенностью адресной сигнализации является применение кольцевого шлейфа, а также возможность подключение к контрольной панели адресно-аналоговой сигнализации адресных шлейфов.

Весь перечень организационно-технических  мероприятий на объекте во время  пожара имеет одну главную цель - спасение жизни людей. Поэтому на первое место выходят задачи раннего обнаружения возгорания и оповещения персонала, что и является основной функцией пожарной сигнализации. Выполнение пожарной сигнализацией своих функций обеспечивается различными техническими средствами. Для обнаружения пожара служат автоматические и ручные пожарные извещатели, для обработки, протоколирования информации и формирования управляющих сигналов тревоги - приемно-контрольная аппаратура и приборы.

Кроме этих функций, с помощью приборов управления формируются управляющие сигналы или команды на включение автоматических установок пожаротушения и дымоудаления, систем оповещения о пожаре, отключение технологического, электротехнического, вентиляционного и другого инженерного оборудования объектов. [2]

Пожарная сигнализация может  быть как самостоятельной, так и  объединенной с охранной сигнализацией  в единую комплексную систему охранно-пожарной сигнализации.

Анализ  технического задания

Исходя из требований технического задания, устройство пожарной сигнализации реализуется на основе микроконтроллера. Так же в это устройство входит разнообразные функциональные узлы обработки сигналов различных форм. Здесь используется МК MC68HC908RF2. Функции МК - обработка сигналов о наличии задымления в камере, о снижении уровня питающего напряжения и изменении чувствительности камеры, поступающих с выходов микросхемы датчика дыма, и обслуживание протокола для передачи данных по радиоканалу. В систему входят датчики температуры, сигнализирующих о повышении температуры. Могут совместно использоваться и другие датчики, например датчики дыма , датчики открытого огня. В устройстве должны присутствовать системы звукового и светового оповещения. В качестве светового оповещения используются информационные светодиоды. Для звукового оповещения можно воспользоваться любым звуковоспроизводящим устройством или динамиком. В разрабатываемой схеме так же должен присутствовать ЖКИ-индикатор, для отображения текущего состояния устройства. Наличие клавиатуры необходимо для задания режимов работы устройства, его отключения и включения. Так же необходимо реализовать батарею аварийного питания на случай если основное питание сети будет отключено. Время автономного функционирования должно быть не менее 4 часов. На основе этих данных и будет реализовано устройство пожарной сигнализации.

Структурная схема пожарной сигнализации

Альтернативная  структурная схема

Пожарные извещатели. В качестве пожарных извещателей  могут выступать датчики задымления, датчики температуры и датчики открытого огня. В свою очередь каждые из этих датчиков подразделяется на типы. Датчики температуры делятся на линейные и дифференциальные, так же получили распространение цифровые датчики температуры. Датчики дыма подразделяются на ионизационные и оптические. В ионизационном дымовом датчике используется способность ионов воздуха притягиваться дымовыми частицами. В оптическом датчике обнаружение дыма основано на изменении характеристик создаваемого в измерительной камере светового потока при попадании в него дымовых частиц. Датчики открытого огня делятся на ультрафиолетовые и инфракрасные. Ультрафиолетовый датчик пламени с помощью высоковольтного газоразрядного индикатора постоянно контролирует мощность излучения в спектральном диапазоне 220-280 мкм. Инфракрасный датчик пламени с помощью ИК-чувствительного элемента и оптической фокусирующей системы регистрирует характерные всплески ИК-излучения при появлении открытого пламени. Инфракрасный извещатель пламени позволяет определять в течение 3 секунд наличие пламени размером от 10см на расстоянии до 20м при угле обзора 90^о; [3]

Микроконтроллер - управляющее устройство, которое  производит опрос датчиков, сравнивает их с пороговыми значениями, и в  случае ее превышения выдает команду  на исполнительные элементы. Так же с помощью МК осуществляется вывод информации о текущем состоянии системы на ЖКИ. [6]

ЖКИ. Жидко-кристаллические (ЖК)-модули являются одними из основных средств вывода информации для современных  цифровых систем. Представляют собой недорогое и удобное решение, позволяющее сэкономить время и ресурсы при разработке новых изделий. Обеспечивают отображение большого объема информации при хорошей различимости и низком энергопотреблении, благодаря чему широко используются в измерительных приборах, медицинском оборудовании, промышленном оборудовании, информационных системах, аппаратуре с автономным питанием.

Клавиатура - предназначена  для задания режимов работы МК, а так же для задания пороговых  температурных значений датчиков;

Звуковой и  световой извещатели сигнализируют о пожарной тревоге. Их можно использовать как отдельные устройства, так и объединенное в одно комбинированное устройство.

Flash память предназначенный  для хранения данных. Архитектура  Flash-памяти имеет в основе архитектуру однотранзисторной ячейки. Подобно EEPROM, Flash-память можно программировать в составе системы побайтно, хотя предварительно ее необходимо стереть; причем процесс стирания выполняется поблочно. Исходя из этих соображений, производитель в спецификациях на изделие именует Flash-память МК Flash/EE-памятью (электрически стираемой Flash-памятью). Массив Flash/EE-памяти данных имеет размер 640 байт. Эта область памяти доступна для программных записи и чтения и может быть задействована в целевой программе как память данных общего применения; [7]

Генератор - устройство вырабатывающее импульсы для синхронизации  работы всех узлов устройства;

АЦП. Принцип  работы АЦП состоит в измерении  уровня входного сигнала и выдачи результата в цифровой форме. В результате работы АЦП непрерывный аналоговый сигнал превращается в импульсный с одновременным измерением амплитуды каждого сигнала;

Источник аварийного питания на 4 часа.

Разработанная структурная схема

Разработка  схемы функциональной

Функциональная  схема устройства состоит из следующих функциональных элементов:

1. В основе  МК находится ядро. Принято решение  использование наиболее распространенное  и простое ядро 8051. Первый МК  на основе ядра 8051 является МК Intel 8051. Эти МК изначально производились  с использованием n-МОП технологии , в дальнейшем они использовали КМОП-технологию , что уменьшило потребление мощности. Рассмотрим характеристики присущие этому типу МК:

Ядро высокого быстродействия с одноцикловыми  командами

Внешний кварцевый  резонатор на 32 кГц

Программируемая система ФАПЧХ (12.58 МГц, Макс)

3 счётчика/таймера  по 16 разрядов

26 программируемых  линий ввода - вывода

11 Источников  Прерывания с двумя уровнями  приоритета

2 указателя  данных

11 разрядный  указатель стека

Микроконтроллеры  обычно классифицируют по разрядности данных, обрабатываемых арифметико-логическим устройством (АЛУ):

1) 4-х разрядные  - самые простые и дешевые;

2) 8-ми разрядные  - наиболее распространенная группа. К этой группе относятся микроконтроллеры  серии MCS-51 (Intel) и совместимые с  ними, PIC (MicroChip), HC68 (Motorola), Z8 (Zilog) и др.

3) 16-ти разрядные  - более высокопроизводительные, но  более дорого стоящие;

4) 32-х разрядные  - обычно являющиеся модификациями  универсальных микропроцессоров.

Отдельно рассматриваются:

1) программируемые  логические интегральные схемы(ПЛИС) - как замена микросхем железной логики;

2) ЦПОС - цифровой  процессор обработки сигналов (ЦПОС)- (DSP - Digital Signal Processor), ориентированные  на использование в системах  обработки сигналов.

3) Микропроцессорные  модули или «системы на кристалле» -это модули со встроенными микропроцессорами и требуемой периферией, другими словами микроконтроллер с ПЛИС и/или ЦПОС.

Внутри каждой группы МК делятся на CISC- и RISC-устройства. Наиболее многочисленной группой являются CISC-МК, но в последние годы среди новых МК преобладает RISC-архитектура; [6]

2. Матричная  клавиатура. Для ввода информации  применена клавиатура, которую можно  представить в виде матрицы  в три строки и три столбца.  Она подсоединяется к портам  Р2.0 - Р2.5, Р3.3. Интерфейс клавиатуры реализован на элементах: S1-S9 - кнопки, расположение которых представляют матрицу 3*3; DD2.1, DD2.2 - логическая схема формирующий сигнал на входе внешнего прерывания при нажатии на любую кнопку; R1-R3 - подтягивающие резисторы. Работа с клавиатурой основана на системе прерываний от внешнего источника. Сигнал прерывания формируется комбинационной логической схемой на элементах DD2.1 и DD2.2.

Низкий уровень  сигнала на входе P3.3 МК вызывает прерывание от внешнего источника, в данном случае от клавиатуры. [6]

3. ЖКИ модуль. Для соединения ЖКИ-модуля с  управляющей системой используется  параллельная синхронная шина, насчитывающая  8 линий данных DB0-DB7, линию выбора  регистра RS и линию синхронизации  E. Кроме линий управляющей шины  имеются две линии для подачи напряжения питания 5В - GND и Vcc и линия для подачи напряжения питания драйвера ЖКИ-V₀. Для соединения модуля с управляющей системой можно выбрать один из двух вариантов: по 8-ми или 4-х разрядной шине. В первом случае потребуется 11 сигнальных линий, во втором - только 7. [6]