Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Адресно-аналоговая система – как она есть

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Адресно-аналоговая система – как она есть

Многие проектировщики противопожарных систем, да и не только они, часто задаются вопросом "Что есть адресно-аналоговая система?". Нередко путаницу вносят производители адресных систем, выдающие желаемое за действительное, а также стандарты, требующие указывать в технической документации аналоговых пожарных извещателей данные, свойственные только пороговым извещателям
Д.В. Каткин
Технический директор компании MATAEL (Израиль)

Начну с основ. Адресно-аналоговая противопожарная система – это высоконадежная телеметрическая система, основной функцией которой является опознавание пожара методом анализа изменения уровня фактора пожара.

Как это работает?

Очень просто. Давайте построим сами простейшую адресно-аналоговую систему. Берем терморезистор и авометр. Подогревая или остужая терморезистор, мы видим, как плавно изменяется сопротивление в виде показаний авометра. Поздравляю! Ваша аналоговая система работает! Маленький секрет: в качестве элемента, принимающего решение о том, при каком показании авометра или скорости изменения показания замеренное считать признаком пожара, используетесь вы лично.

Настоящая адресно-аналоговая система работает примерно так же – чувствительный элемент извещателя передает значение, зависящее от изменения физических или химических свойств среды, в которой он работает, на прибор приемно-контрольный пожарный (ППКП). Только вместо показа значения, получаемого с чувствительного элемента, ППКП сравнивает в своем блоке обработки информации график изменения параметра с заложенными в память шаблонами и (в случае, если совпадение большое) выдает сигнал "Пожар". Точно так же происходит при наличии в ППКП запрограммированного значения, при превышении которого должен выдаваться сигнал "Пожар".

Чем такое распределение лучше для конечного потребителя? Ведь и обычные пороговые системы в общем-то выполняют те же функции.

Чем лучше потребителю?

В обычном пороговом пожарном извещателе еще на заводе устанавливаются фиксированные пороги, при превышении которых он должен выдавать сигнал "Пожар". Для примера, если вам нужно установить тепловые извещатели классов А1–Е, то это будут разные извещатели, взаимная замена которых невозможна. Аналоговый тепловой пожарный извещатель одного и того же типа может быть установлен во всех перечисленных случаях – просто для каждого конкретного места в ППКП программируется соответствующий порог температуры.

То же самое касается и извещателей, определяющих иные факторы пожара.

А если нужно изменить чувствительность?

Зачастую на объектах приходится менять чувствительность используемых извещателей, и если у вас установлена пороговая система – приходится покупать новые извещатели с нужными характеристиками и производить замену. В случае применения аналоговой системы все, что нужно сделать, – это изменить чувствительность по конкретному адресу извещателя в ППКП, не меняя извещателя. То есть номенклатура запчастей для равнозадачных систем будет разной. Для пороговой системы – больше, для аналоговой – меньше.

Пороговый пожарный извещатель в силу объективных причин менее надежен, чем аналоговый из-за присутствия дополнительных электронных элементов. Среди них – узел обработки сигнала чувствительного элемента, узел хранения информации о порогах, узел сравнения сигнала с пороговым, узел компенсации дрейфа. И при всем этом возможности такого извещателя более ограничены, чем у аналогового более простой конструкции – в силу наличия фиксированного порога. Учтите также, что столь массивная обработка аналогового сигнала гораздо более подвержена влиянию помех, чем обработка цифрового сигнала.

Как повысить достоверность тревоги?

Для повышения достоверности полученного сигнала о пожаре в системах часто предусматривается перезапрос извещателя.

Пороговая система
Для порогового адресного извещателя это выглядит так: пороговый извещатель опознал пожар и выдал сигнал на ППКП. ППКП принял сигнал и дал команду извещателю проверить состояние контролируемой среды второй раз. Пороговый извещатель перезагружается, возвращается в нормальный режим работы, снова проверяет состояние чувствительного элемента и при превышении порога вновь выдает сигнал "Пожар". Все бы ничего, только время перезагрузки порогового извещателя и вторая проверка могут занимать до минуты, так как требуется время на обнуление всех сохраненных данных и последующий сбор статистики, сравнение сигнала, применение компенсации дрейфа и т.п. Заметьте, что во время перезагрузки до ее окончания пороговый извещатель не следит за факторами пожара. В безадресных системах дела обстоят еще хуже – перезагружается весь шлейф.

Аналоговая система
Как происходит перезапрос в аналоговой системе? Элементарно. Перезагрузки извещателя не происходит, команда на перезапрос не поступает, все работает в штатном режиме. А как же тогда?.. А в ППКП! Не производя излишних манипуляций и не гоняя лишнюю информацию по шлейфу пожарной сигнализации, аналоговый ППКП сравнивает через предусмотренный промежуток времени значения, получаемые от аналогового извещателя. Учитывая, что статистику не сбрасывали, а предыдущие показания находятся в памяти ППКП, функция перезапроса может осуществиться как за секунду, так и за пять минут. При этом достоверность опознавания пожара будет гораздо выше – не было перерывов в контроле среды и есть непрерывная статистика состояния.

К слову, время между запросами в аналоговом ППКП можно установить на выбор, и оно никоим образом не зависит от времени перезагрузки извещателя ввиду отсутствия таковой. Итак, еще один плюс: наблюдение за фактором пожара в аналоговой системе идет непрерывно, а минимальное время достоверного перезапроса зависит лишь от скорости процессора, установленного в ППКП.

Где лучше компенсация дрейфа?

В аналоговой системе лучше работает и компенсация дрейфа. Энергонезависимая память ППКП достаточно обширна, чтобы собирать статистику за более длительное время, нежели может собрать пороговый извещатель, а алгоритмов выполнения данной функции может быть множество – для повышения достоверности (избегания ложных сигналов "Пожар").

Обширная память и мощный процессор современного аналогового ППКП позволяют обрабатывать сигналы от сотен аналоговых извещателей, обеспечивая сравнение получаемых графиков изменения фактора пожара по различным алгоритмам, что повышает скорость и достоверность опознавания пожара. Ни один самый технологичный пороговый пожарный извещатель не в состоянии достичь таких же показателей.

Аналоговый извещатель стал проще

В прошлом некоторые производители добавляли в адресно-аналоговый извещатель функцию формирования сигнала "Пожар" из-за того, что тогдашний уровень технологий не позволял соблюдать непрерывность передаваемого на ППКП цифрового сигнала и случались выпадения информации ввиду кратковременных пропаданий связи. Такие добавления делали адресно-аналоговые извещатели весьма дорогими изделиями и понижали достоверность опознавания пожара из-за возможного появления разных результатов анализа в извещателе и ППКП или их референций, а также влияния помех на расширенный узел обработки сигнала в аналоговом виде. В настоящее время современные адресно-аналоговые извещатели снабжены буфером оперативной памяти, достаточным для накопления информации, которая стирается только после успешной передачи на ППКП. Как видите, адресно-аналоговый извещатель устроен довольно просто, но представляет собой современный цифровой прибор (рис. 1). Это второе отличие современных адресно-аналоговых извещателей – они исключительно цифровые.


До сих пор большинство пороговых извещателей используют простейшие электронные схемы сравнения шаблонного и контролируемого уровней напряжения или тока. Для компенсации дрейфа используется не статистика, а медленный аналог АРУ – подтягивание шаблонного порога к нормальной разнице между сравниваемым сигналом и шаблонным – до максимального предела условно нормального уровня. Такая схемотехника очень дешева, очень зависима от качества элементной базы, температуры и влажности окружающей среды, колебаний питающего напряжения и т.п. Итогом становятся либо ложные срабатывания, либо отсутствие вообще каких-либо срабатываний.

Как работает аналоговый извещатель?

Очень просто. Измеряемая чувствительным элементом величина в электрическом виде попадает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в микросхеме-контроллере, в котором преобразуется в однобайтный вид, представляющий собой соответствующий уровень по шкале от 0 до 255. Далее значение направляется в оперативную память. Кварцевый генератор служит для того, чтобы отрезки времени между замерами аналогового уровня соответствовали отрезкам времени, запрограммированным в ППКП. При этом синхронизация данного генератора с генератором в ППКП не требуется – все в пределах допусков (стандартная разница максимум 0,0000000024%).

В контроллере содержится микропрограмма, которая занимается передачей информации из оперативной памяти на ППКП по запросу. В памяти микроконтроллера прошивается адрес извещателя, по которому он опознается, а также данные о типе извещателя (дымовой, тепловой и т.п.). Тип извещателя нужен для случаев, когда ППКП автоматически самообучается, адресуя извещатели и запоминая, по какому адресу какой извещатель установлен.

В качестве обязательной функции предусмотрено включение микроконтроллером встроенного устройства световой индикации по команде, полученной от ППКП. Имеются также функции самодиагностики электронного узла. Дополнительно контроллер может сообщать данные о текущем значении, передаваемом чувствительным элементом, версию микропрограммы и обладать другими функциями на усмотрение производителя.

Преимущества обработки оцифрованного, а не усиливаемого аналогового сигнала приводить не буду. Сравните звучание записи с кассетного магнитофона и компакт-диска!

Узел развязки питания и сигналов передачи информации просто разделяет указанное, так как по адресно-аналоговому шлейфу пожарной сигнализации подается питание, модулированное сигналами передаваемой информации, а для питания электронного узла требуется постоянное напряжение без пульсаций.

С развитием современной электроники адресно-аналоговый извещатель может быть собран на одном специализированном микроконтроллере практически без дополнительных электронных компонентов. Кроме обязательных чувствительного элемента, светового индикатора и элементов защиты от высоких напряжений, могущих попасть в извещатель в результате наводок на шлейф пожарной сигнализации.

В прошлом цифровой уровень делился на диапазоны, значения в которых указывали на какую-либо неисправность извещателя, показание чувствительного элемента и его исправность. В современных аналоговых извещателях все 256 значений относятся к показаниям чувствительного элемента, а информация об обнаруженных неисправностях передается специальными кодами. Такая организация передачи информации позволяет использовать современные чувствительные элементы с более широким диапазоном измерений и, как следствие, повысить информативность извещателя и точность опознавания пожара.

Как работает современный ППКП?

Разобравшись с извещателем и поняв, что это всего лишь телеметрический и очень точный цифровой датчик, приступаем к ППКП (рис. 2). Как видим, шлейф пожарной сигнализации, по которому извещатель и ППКП общаются, пришел в узел развязки питания и связи. В нем питание, подаваемое от ППКП в шлейф, модулируется сигналами передачи информации, передаваемой в шлейф. Принятая же из шлейфа информация без напряжения питания поступает в контроллер ППКП.


Получая информацию о значении измеряемого извещателем параметра, ППКП проводит несколько анализов в соответствии со сценарием микропрограммы:

  • сравнение пороговых уровней,
  • скорости изменения измеряемого параметра;
  • построение в оперативной памяти графика изменения параметра за определенное время и сравнение этого графика с шаблонными.

Для повышения достоверности ППКП следит за долговременными изменениями контролируемого параметра и запоминает средний уровень с целью компенсации ухода точки отсчета в результате естественного изменения условий среды.

Скажем, мы установили порог включения сигнала "Пожар" при резком повышении температуры в комнате на +50 °C. ППКП "знает", что днем температура в комнате бывает +30 °C, а ночью – до +10 °C. Следовательно, для выработки сигнала "Пожар" необходимо повышение температуры днем до +80 °C, а ночью – до +60 °C. Обычный пороговый извещатель не может обеспечить этого, поскольку рассчитан на фиксированную температуру и не имеет длительной статистики. Максимально-дифференциальный извещатель тоже может не дать желаемой реакции, так как рассчитан только на одно соотношение нарастания температуры в отрезок времени. А ППКП, обладая статистикой, способен определить пожар с высокой достоверностью и большей скоростью, чем у пороговых извещателей.

В случае необходимости контроллер ППКП включает световую и звуковую индикацию, соответствующую полученным сигналам или обнаруженным пожарам. Отражаемые события записываются в отдельную энергонезависимую память для дальнейшего просмотра и другого использования.

Как правило, адресно-аналоговые ППКП снабжаются встроенной клавиатурой и ЖК-экраном для удобства пользователей.

Запуск модулей управления осуществляется как в обычных адресных системах – по адресно-аналоговому шлейфу подается команда конкретному адресному устройству включиться, выключиться и др.

Алгоритм опроса шлейфа

Современные адресно-аналоговые системы опрашивают каждый шлейф в 200 адресов параллельно с циклом опроса всего шлейфа примерно в течение 20 с. Опрос ведется по порядку номеров, а в случае появления по неиспользуемым адресам приборов выдается соответствующий сигнал. В прошлом с целью экономии времени опроса шлейфа ППКП некоторых производителей не опрашивали адреса, по которым не было изначально установлено извещателей или других приборов. Вследствие этого недобросовестные техники просто удаляли неисправные устройства из памяти ППКП, вместо того чтобы их заменить. Приборы оставались на месте, но ППКП их больше "не замечал". В современных ППКП указывается информация как о пропавших, так и о лишних адресных устройствах или о появлении двух и более устройств с одинаковыми адресами (что иногда случается в спешке монтажа).

Пример передачи данных

Для самых любопытных привожу упрощенный пример протокола передачи данных между адресно-аналоговым ППКП и адресно-аналоговым пожарным извещателем:

  • передача с ППКП: синхроимпульс – 2 бита запроса – 1 байт адреса – синхроимпульс конца передачи;
  • передача с извещателя: синхроимпульс начала передачи – 2 бита подтверждения – 1 байт уровня замера – 2 бита состояния электронного узла – синхроимпульс конца передачи;
  • передача с ППКП: синхроимпульс начала передачи – 2 бита подтверждения получения информации – синхроимпульс конца передачи.

Вся операция занимает порядка одной десятой доли секунды при несущей частоте 200–400 Гц – этого более чем достаточно для последовательного опроса 200 адресных извещателей в течение 15–20 с. На практике протоколы связи, конечно, сложнее и количество данных больше, но в результате повышения тактовых частот общая скорость обмена информацией также повышается в достаточной мере.

Пропадание части информации определяется количеством полученных и отправленных между синхроимпульсами бит. Как правило, до выдачи сигнала "Неисправность" по пропадающему адресному прибору происходит от двух до пяти запросов. Сигнал "Неисправность" выдается только в случае последовательного повторения пропажи информации или при получении соответствующей информации о результатах самопроверки извещателя.

Некоторые современные производители предусматривают в своих адресно-аналоговых извещателях дополнительный сигнал, выдаваемый как цифровой флаг в результате резкого изменения измеряемого параметра. В таком случае ППКП немедленно обращается по адресу извещателя, подавшего данный сигнал, и осуществляет последовательную серию запросов – по результатам анализа ответов решает, пожар это или нет. В случае опознавания пожара ППКП дает команду адресно-аналоговому извещателю включить свой световой индикатор и продолжает опрос шлейфа с того адреса, на котором опрос был прерван. При использовании современных протоколов связи и скоростных контроллеров определение пожара занимает несколько секунд.

Как уже писалось ранее, современный адресно-аналоговый извещатель записывает данные в память между запросами от ППКП. На практике для уверенного опознавания пожара необходимо пять-десять контрольных замеров через определенные промежутки времени. Адресный или неадресный пороговый извещатель не способен справиться с такой задачей быстро – слишком велико время перезагрузки. Конечно же, как в ППКП, так и в извещателях присутствуют функции автоматической компенсации температурных зависимостей характеристик важных элементов, различные фильтры и другие возможности для повышения надежности и достоверности. Конечно же, кроме извещателей и ППКП существует большое количество других адресных и неадресных элементов системы противопожарной безопасности. Здесь я их не описываю, так как тема – основной принцип работы настоящей адресно-аналоговой системы.

Уникальные возможности

Современная адресно-аналоговая система пожарной безопасности устроена гораздо проще всех своих предшественниц в силу использования цифровых элементов вкупе с элементами телеметрии. Компактное построение такой системы удобно и дополняется широчайшими возможностями, которые зависят только от возможностей программистов и правильности требований, предъявляемых проектировщиками на производстве этих систем.

Для тех, кто устанавливает такие системы, открываются дополнительные возможности и экономия.

  • Нет необходимости покупать и ставить разные тепловые извещатели с фиксированными порогами температур (в том числе максимально-дифференциальные) – вы устанавливаете программно в ППКП, какую температу ру считать пороговой, по какому алгоритму осуществлять функцию дифференцирования и осуществлять ли ее вообще.
  • Нет необходимости в частой профилактической очистке извещателей – адресно-аналоговые извещатели сохраняют работоспособность в более тяжелых условиях, нежели обычные пороговые, пусть даже с компенсацией уровня запыления.
  • Нет необходимости покупать "навороченные", но менее надежные извещатели. Все "модные" функции выполняет один прибор – ППКП.
  • Скорость опознавания пожара в разы выше, чем у пороговых (в том числе адресных) извещателей – в силу применения нескольких алгоритмов обработки сигналов параллельно и отсутствия перерывов в контроле среды. Достоверность опознавания пожара также выше в силу этих же причин.
  • Скорость запуска автоматики выше в разы – вследствие того, что микропрограмма контроллера ППКП многозадачна, выработка сигнала "Пожар" и сигналов запуска автоматики происходит в одном контроллере. Сигналы запуска отправляются параллельно по нужным линиям связи.
  • Нет необходимости покупать извещатели с компенсацией уровня запыления – помимо того что адресно-аналоговые извещатели не так к этому критичны (в силу применения качественных чувствительных элементов с широким динамическим диапазоном измеряемых величин), данная функция выполняется программно в ППКП.
  • Надежность современной адресно-аналоговой системы в разы выше, чем у пороговых или адресно-пороговых – в силу уменьшения количества электронных элементов и применения высоконадежных микроконтроллеров.
  • У адресно-аналоговых систем большая защищенность от паразитных влияний – ввиду минимальной обработки аналоговых сигналов. Сигнал с чувствительного элемента извещателя сначала оцифровывается, а затем лишь обрабатывается, в отличие от пороговых извещателей, в которых, как правило, сигнал только усиливается до размаха, необходимого для срабатывания триггера.
  • Проектирование, программирование и запуск таких систем чрезвычайно просты.
  • При гораздо меньшей номенклатуре извещателей адресно-аналоговые системы обладают большим количеством возможностей.
  • Относительно высокая стоимость адресно-аналоговой системы обусловлена применением высокоточных и высококачественных аналоговых и цифровых элементов. Даже дымовые камеры адресно-аналоговых извещателей выполнены гораздо более прецизионно, нежели у обычных пороговых, не требующих высокой линейности замера в широком диапазоне. Но эти расходы быстро окупаются при пусконаладке и эксплуатации.

Так что, перефразируя известного автора: "Адресно-аналоговые системы? Это очень просто!"

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #3, 2011
Посещений: 12009

  Автор

Каткин Д. В.

Каткин Д. В.

Технический директор компании MATAEL (Израиль)

Всего статей:  5

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций