Адресная система пожарной и охранной сигнализации
ADDRESSABLE FIRE AND SECURITY ALARM SYSTEM

Изобретение относится к области пожарно-охранной сигнализации и может быть использовано для создания адресной системы пожарной (и/или охранной) сигнализации с иерархической структурой, а также для систем оповещения людей о пожаре и управления эвакуацией, для систем исполнительных устройств пожарно-охранной автоматики, может быть использована в охранных или смешанных системах безопасности для обеспечения защиты людей и материальных ценностей от опасных ситуаций и незаконных посягательств.
Известна адресная система пожарной сигнализации, описанная в патенте РФ №19947 на полезную модель «Адресная система пожарной сигнализации» (МПК G08B 17/00; опубл. 10.10.2001 г.; патентообладатель ООО "СИНКРОСС" г. Саратов), содержащая прибор управления и множество контролируемых адресных модулей, подключенных к нему через внешние блоки сопряжения по адресному шлейфу пожарной сигнализации. При этом к каждому внешнему блоку сопряжения подключается не более тридцати двух контролируемых адресных модулей. Прибор управления содержит микроконтроллер, связанный соответствующими входами-выходами с блоком ввода информации, блоком индикации, блоком реле, блоком питания. А каждый внешний блок сопряжения также содержит микроконтроллер и блок питания (см. на сайте http://www1.fips.ru/ в разделе Открытые реестры - на 20.09.2021 г.).
Недостатками вышеописанной системы является ее сложность и ограниченность пространства контролируемых зон. Использование большого количества программируемых функциональных блоков усложняет обслуживание системы, снижает ее надежность и увеличивает себестоимость.
Известно устройство оповещения о пожаре, описанное в патенте РФ №86777 на полезную модель (МПК G08B 17/103, опубл. 10.09.2009, патентообладатель ООО "Холдинг Гефест" Санкт-Петербург), содержащее прибор управления оповещением, соединенный сигнальной линией с включенными в нее оповещателями пожарными, с оконечным элементом. Каждый из оповещателей пожарных соединен с сигнальной линией через модуль аккумуляции питания, который содержит преобразователь управляющего сигнала, релейный элемент,  аккумуляторную батарею (АКБ) и зарядное устройство. При этом оповещатель пожарный через релейный элемент подключен к соединенной через зарядное устройство с сигнальной линией аккумуляторной батарее, а выход преобразователя управляющего сигнала, также подключенного к сигнальной линии, соединен с управляющим входом релейного элемента. При этом модуль аккумуляции питания может быть встроен в оповещатель пожарный (см. на сайте http://www1.fips.ru/ в разделе Открытые реестры - на 20.09.2021 г.).
Особенности: оповещатели питаются от АКБ в режиме оповещения; АКБ заряжается от сигнальной линии, т.е. включенное состояние оповещателя не зависит от целостности сигнальной линии. Таким образом, за счет принудительного перевода оповещателей пожарных, включенных в сигнальную линию, на электропитание от аккумуляторной батареи (при наличии пожарной ситуации на объекте), исключается возможность отключения оповещателей пожарных из-за нарушения сигнальной линии связи, вызванной, например, огневым воздействием на нее.
Недостатками такого устройства является то, что это не информативная система, т.к. по сигнальной линии нет передачи информационных пакетов, т.е. не производится обмен информацией между прибором и оповещателями. Прибор не получает от оповещателей сообщений о технической готовности оповещателей, об их исправном (или неисправном) состоянии. Нет возможности передавать от прибора к оповещателям команды для выполнения разных оповещений в зависимости от возникающей ситуации. Кроме того, в системе не применяются батареи как автономный источник постоянного питания.
Применение адресных систем открывает новые возможности в обеспечении пожарной и охранной безопасности.
В качестве прототипа выбрана адресная система пожарной сигнализации, описанная в патенте РФ №87281 на полезную модель (МПК G08B 17/00, опубл. 27.09.2009 г., патентообладатель ООО Труппа компаний "РУБЕЖ"), содержащая прибор управления и множество контролируемых адресных модулей, подключенных к нему по адресному шлейфу пожарной сигнализации (см. на сайте https://www.fips.ru/ в разделе Открытые реестры - на 20.09.2021 г.).
Прибор управления содержит микроконтроллер, в энергонезависимой памяти которого хранится информация об объекте, охраняемых зонах, приписанных к ним контролируемых адресных модулях и режимах их работы, связанный соответствующими входами-выходами с блоком ввода информации, блоком индикации, блоком звукового оповещения, блоком реле, блоком питания, преобразователем интерфейса, блоками сопряжения с соответствующим адресным шлейфом пожарной сигнализации.
Каждый контролируемый адресный модуль содержит блок коммуникации, подключенный к адресному шлейфу пожарной сигнализации и связанный соответствующими входами-выходами данных с микроконтроллером контролируемого адресного модуля. При этом дополнительно введены генератор тока питания с ключом для генерации повышенного тока и узел управления генератором тока, а каждый блок сопряжения содержит блок передачи данных, блок контроля шлейфа и блок защиты. Причем генератор тока питания подключен к блоку питания, связан с блоком контроля шлейфа, с блоком передачи данных, и с блоком защиты, подключенным к адресному шлейфу пожарной сигнализации. При этом блок контроля шлейфа, блок передачи данных и ключ для генерации повышенного тока связаны с соответствующими информационными входами-выходами микроконтроллера прибора управления. Кроме того блок передачи данных связан с ключом для генерации повышенного тока через узел управления генератором тока.
Таким образом, адресная система пожарной сигнализации имеет цифровую проводную адресную линию связи, по которой передаются информационные пакеты и по которой адресные модули получают питание.
Однако вышеописанная система пожарной сигнализации имеет следующие недостатки.
• Низкая надежность системы. При нарушении целостности адресной линии связи, в том числе, под воздействием факторов пожара (например, обрыв или короткое замыкание линии) прекращается питание всех адресных устройств, прекращается выполнение функций исполнительными адресными устройствами пожарного оповещения и пожарной автоматики.
• Малая электрическая мощность, доступная для адресных устройств. В результате питания из единого центра адресные устройства могут иметь только малую электрическую мощность для выполнения своих функций, ограниченную большим сопротивлением протяженной проводной адресной линии связи, по которой выполняется питание, и большим количеством адресных устройств, подключаемых к этой линии. И, как следствие, в пожарном режиме, ограничение тока в адресной линии связи снижает звуковую и световую мощность сигналов оповещения, формируемых адресными устройствами оповещения, а также скорость работы и усилие, развиваемое механическими исполнительными адресными устройствами охранно-пожарной автоматики.
Технической задачей настоящего решения является создание адресной системы пожарной и охранной сигнализации (ПОС), устраняющей недостатки прототипа и имеющей следующие признаки:
- повышенная надежность работы исполнительных адресных устройств оповещения и пожарно-охранной автоматики с обеспечением независимости их работы в режимах оповещения и управления;
- повышенная электрическая мощность, потребляемая исполнительными адресными устройствами оповещения и пожарно-охранной автоматики в режимах оповещения и управления, превосходящая получаемую этими устройствами от адресной линии связи, для обеспечения звукового давления и уровня свечения в режиме оповещения звуковыми, речевыми и/или световыми адресными оповещателями, как требует ГОСТ Р 53325-12.
Техническая задача должна быть решена с сохранением высокой информативности системы, обеспечиваемой обменом сообщениями в виде цифровых пакетов данных по адресной линии связи для информирования об изменении состояния адресных устройств, получения данных от адресных устройств и для передачи прибором управления в адресные устройства данных и команд.
Поставленная задача имеет большое значение, поскольку своевременное и бесперебойное оповещение необходимо для обеспечения срочной эвакуации людей из помещений и зданий, где их жизнь подвергается опасности. Бесперебойное управление специальной автоматикой необходимо для предотвращения развития чрезвычайной ситуации (например, пожара), а также для обеспечения путей эвакуации, предотвращения гибели людей и для сохранения материальных ценностей.
Заявленный технический результат достигается путем введения в состав исполнительного адресного устройства оповещения и пожарно-охранной автоматики автономных источников питания - батарей, а также необходимых технических средств обеспечения питания этих устройств от батарей в активном режиме работы по оповещению и управлению (для создания условий бесперебойного потребления повышенной электрической мощности в условиях чрезвычайной ситуации).
Поставленная задача решена тем, что в «Адресной системе пожарной и охранной сигнализации», содержащей в своем составе, в том числе, по крайней мере, одно исполнительное адресное устройство оповещения и пожарно-охранной автоматики, в котором, помимо специализированных блоков, обеспечивающих функционирование, согласно основному назначению, расположен подключенный к адресной линии связи, блок коммуникации и питания, связанный с соответствующими входами-выходами данных с микроконтроллером, и имеющий в своем составе: узел стабилизатора питающего напряжения, узел входных данных, узел выходных данных, узел защиты.
Сущность изобретения заключается в том, что в блок коммуникации и питания исполнительного адресного устройства оповещения и пожарно-охранной автоматики дополнительно введены: узел автономного источника электропитания (батарея), узел коммутации батареи, узел коммутации питания от адресной линии связи, узел тестирования батареи.
При этом узел коммутации батареи подключен между батареей и шиной питания исполнительного адресного устройства, а входом управления связан с микроконтроллером; узел коммутации питания от адресной линии связи подключен между узлом защиты и узлом стабилизатора питающего напряжения, а входом управления связан с микроконтроллером; узел тестирования батареи подключен к узлу автономного источника электропитания, а входом управления и измерительным выходом связан с микроконтроллером.
Суть предлагаемого технического решения поясняется следующими прилагаемыми чертежами:
на Фиг. 1 представлена блок-схема адресной системы ПОС;
на Фиг. 2 приведена обобщенная структурная схема блока коммуникации и питания исполнительного адресного устройства оповещения и пожарно-охранной автоматики.
На Фиг. 1 и Фиг. 2 использованы следующие обозначения:
1 - прибор управления;
2 - адресная линия связи;
3 - адресные устройства ПОС;
4 - исполнительные адресные устройства оповещения и пожарно-охранной автоматики;
5 - блок коммуникации и питания исполнительного адресного устройства;
6 - узел автономного источника электропитания (батарея,);
7 - узел тестирования батареи;
8 - узел коммутации батареи;
9 - узел защиты;
10 - узел входных данных;
11 - узел выходных данных;
12 - узел коммутации питания от адресной линии связи;
13 - стабилизатор питающего напряжения;
14 - микроконтроллер.
Как известно, каждая адресная система пожарной и охранной сигнализации содержит прибор управления 1 (см. Фиг. 1) и множество подключенных к нему по адресной линии связи 2 адресных устройств 3 пожарно-охранной сигнализации, исполнительные адресные устройства оповещения и пожарно-охранной автоматики 4. При этом все адресные устройства 3 и 4 имеют уникальный адрес и являются ведомыми, в то время как прибор управления 1 является ведущим.
В качестве адресной линии связи 2 используются два провода, по одному из которых осуществляется двунаправленная передача информационных сигналов и электропитание адресных устройств, а другой - является общим проводом.
В качестве контролируемых адресных устройств 3 ПОС используют извещатели пожарные и охранные, устройства передачи извещений (метки адресные); а в качестве исполнительных адресных устройств оповещения и пожарно-охранной автоматики 4 - пожарно-охранные оповещатели речевые, звуковые, световые и комбинированные; устройства разблокировки дверей, реле управления, клапаны, модули пожаротушения, дымоудаления и дистанционного управления, и пр.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, по крайней мере, одно исполнительное адресное устройство оповещения и пожарно-охранной автоматики (4), содержит блок коммуникации и питания, подключенный к адресной линии связи 2 и связанный с соответствующими входами-выходами данных с микроконтроллером 14 и внутренней шиной электропитания.
Но при этом, в блок коммуникации и питания 5 исполнительного адресного устройства оповещения и пожарно-охранной автоматики 4, дополнительно введены узел автономного источника электропитания (литиевая батарея) 6, узел тестирования батареи 7, узел коммутации батареи 8 и узел коммутации питания 12 от адресной линии связи (см. Фиг. 2).
Активный режим работы адресных устройств оповещения и пожарно-охранной автоматики 4 (далее - исполнительные адресные устройства), характеризующийся повышенным потреблением электрической мощности, включается по команде из прибора управления 1. В этом режиме исполнительное адресное устройство 4 с помощью микроконтроллера 14, управляющего узлом коммутации питания от адресной линии 12 и узлом коммутации батареи 8 отключает свои цепи питания повышенной мощности от адресной линии связи и переключает их на питание от автономного источника электропитания 6, предназначенного для питания исполнительного адресного устройства 4 напряжением постоянного тока в диапазоне от 2,5В до 3,3В со значением потребляемого тока до 0,5А и длительностью режима до двух часов.
Узел тестирования батареи 7, предназначенный для проверки наличия батареи и определения ее напряжения под нагрузкой, выполнен в виде постоянно подключенного параллельно батарее высокоомного резистивного делителя напряжения, со средней точки которого через измерительный выход напряжение поступает на микроконтроллер 14. Кроме того узел тестирования батареи 7 содержит низкоомный нагрузочный резистор, одним выводом постоянно подключенный к положительному выводу батареи, а вторым через транзисторный ключ коммутируемый с общим проводом устройства. Микроконтроллер 14 через измерительный выход постоянно измеряет напряжение батареи 6 без нагрузки для определения ее наличия и периодически подает кратковременный сигнал для замыкания транзисторного ключа и замера напряжения батареи 6 под нагрузкой. Тем самым обеспечивается непрерывный автоматический контроль автономного источника электропитания 6.
Узел коммутации батареи 8 выполнен в виде двух встречно включенных полевых МОП-транзисторов и предназначен для подключения положительного вывода батареи 6 к внутренней шине электропитания +3В адресного устройства в активном режиме, а также для предохранения батареи 6 от втекающего тока в дежурном режиме и для защиты исполнительного адресного устройства 4 при ошибочном обратном подключении батареи 6. Между попарно соединенными истоками и затворами транзисторов включен подтягивающий резистор, обеспечивающий разомкнутое состояние коммутатора до подачи управляющего напряжения. Сток первого транзистора подключен к положительному выводу батареи 6, а сток второго транзистора подключен к шине электропитания +3В. Микроконтроллер 14 в дежурном режиме работы удерживает разомкнутое состояние коммутатора подачей на затворы транзисторов напряжения высокого уровня, а в активном режиме переключает коммутатор в замкнутое состояние подачей на затворы транзисторов напряжения низкого уровня, обеспечивая подключение батареи 6 для питания адресного устройства 4.
Узел коммутации питания 12 от адресной линии связи 2, предназначенный для предотвращения повышенного потребления тока исполнительным адресным устройством 4 от адресной линии 2 в активном режиме, выполнен в виде полевого МОП-транзистора, подключенного истоком через токоограничивающий резистор к выходу узла защиты 9, а стоком - к входу узла стабилизатора питающего напряжения 13. Затвор этого транзистора подключен к средней точке резистивного делителя напряжения, верхний вывод которого присоединен к истоку полевого транзистора, а нижний вывод - к коллектору биполярного транзистора, коммутирующего этот вывод на общий провод адресного устройства. На базу биполярного транзистора через токоограничивающий резистор подается от микроконтроллера 14 сигнал управления коммутатором питания 8 по адресной линии 2. Высокий уровень этого сигнала вызывает открывание биполярного транзистора и замыкание ключа на полевом транзисторе, а низкий уровень сигнала сопровождается закрыванием биполярного транзистора и размыканием ключа на полевом транзисторе. Тем самым, в активном режиме при низком уровне управляющего сигнала обеспечивается отключение питания узла стабилизатора питающего напряжения 13 адресного устройства 4 от адресной линии связи 2 через узел защиты 9. Между входом узла коммутации 8 и базой биполярного транзистора подключен подтягивающий резистор, чем обеспечивается автоматическая подача питающего напряжения от адресной линии связи 2 на микроконтроллер 14 и старт работы исполнительного адресного устройства 4 из обесточенного состояния до начала работы микроконтроллера 14.
Остальные узлы блока коммуникации и питания 5 исполнительного адресного устройства оповещения и пожарно-охранной автоматики 4 идентичны соответствующим узлам блока коммуникации и питания адресных устройств 3 ПОС, питаемых только по адресной линии связи.
Узел входных данных 10 предназначен для приема синхронизирующих и информационных сигналов, поступающих от прибора управления 1 по адресной линии 2 и передачи их на микроконтроллер 14 адресного устройства 4 или 3.
Узел выходных данных 11 предназначен для передачи информационных сигналов от микроконтроллера 14 адресного устройства 4 или 3 по адресной линии 2 на прибор управления 1.
Узел защиты 9 предназначен для обеспечения устойчивой работы адресного устройства 4 или 3 в условиях электромагнитных помех, наводимых на адресную линию.
Узел стабилизатора питающего напряжения 13 предназначен для преобразования напряжения поступающего от прибора управления 1 по адресной линии 2 в постоянное напряжение, подаваемое на шину электропитания +3В.
Осуществление изобретения.
Адресная система пожарной и охранной сигнализации работает следующим образом.
При отсутствии пожарной или тревожной ситуации на защищаемом объекте оповещатели пожарные адресные речевые, звуковые и световые, а также исполнительные адресные устройства пожарно-охранной автоматики (4), находятся в дежурном режиме.
При этом целостность адресной линии 2, наличие связи с каждым из адресных устройств 3 (4), работоспособность каждого адресного устройства, наличие и состояние батареи в составе узла автономного источника электропитания 6 исполнительных адресных устройств 4 контролируется со стороны прибора управления 1 путем периодического опроса каждого из исполнительных адресных устройств 4 и получения информационных пакетов о состоянии каждого из адресных устройств 3 (и/или 4).
Микроконтроллер 14 каждого исполнительного адресного устройства оповещения и пожарно-охранной автоматики 4 в дежурном режиме удерживает узел коммутации батареи 8 в разомкнутом состоянии, узел коммутации питания 12 от адресной линии связи 2 - в замкнутом состоянии. Тем самым, в дежурном режиме обеспечивается функционирование исполнительного адресного устройства 4 с потреблением питающего тока от адресной линии 2. Потребление тока от автономного источника 6 при этом минимально и необходимо для контроля наличия батареи и выходного напряжения под нагрузкой, производимого микроконтроллером 14 с помощью узла тестирования батареи 7. Длительность эксплуатации батареи 6 автономного источника (литиевая батарея типа CR123A) в таком режиме составляет до 10 лет.
При возникновении пожарной или тревожной ситуации прибор управления 1 выдает в адресную линию 2 управляющие команды для исполнительных адресных устройств 4: для начала оповещения и/или пуска исполнительных механизмов; и, в обеспечение этого, - для включения на исполнительных адресных устройствах 4 режима потребления большей мощности. Микроконтроллер 14 исполнительного адресного устройства 4 при этом вырабатывает команды на замыкание узла коммутации батареи 5 и размыкание узла коммутации питания 12 по адресной линии.
Тем самым исполнительное адресное устройство 4 переводится на питание от автономного источника, позволяющее потребление большого тока, не перегружая при этом адресную линию 2. При этом текущее рабочее состояние исполнительного адресного устройства 4 не зависит от целостности адресной линии 2, которая может быть нарушена при огневом или ином воздействии. Адресное устройство оповещения и пожарно-охранной автоматики 4 продолжает при этом работать до завершения своей основной функции в пожарном или тревожном режиме.
В результате применения описанного в изобретении технического решения в исполнительных адресных устройствах оповещения и пожарно-охранной автоматики системы ПОС был получен положительный технический результат.
Введение в блок коммуникации и питания исполнительного адресного устройства оповещения и пожарно-охранной автоматики автономных источников питания - батарей, а также необходимых технических средств обеспечения питания от батарей этого устройства в активном режиме работы по оповещению и управлению, привело:
- к обеспечению повышенной электрической мощности потребления, по сравнению с питанием от адресной линии, для обеспечения звукового давления и уровня свечения в режиме оповещения звуковыми, речевыми и/или световыми адресными оповещателями, требуемого ГОСТ Р 53325-12;
- к обеспечению независимости (автономности) их работы в активных режимах оповещения и управления от получения питания по адресной линии связи и других возможных подводящих питание линий, поскольку в этих режимах они питаются от встроенных батарей.
Что, в результате, обеспечило повышенную надежность работы исполнительного адресного устройства оповещения и пожарно-охранной автоматики в условиях чрезвычайной ситуации (т.е., в режимах оповещения и управления ПОС).
Применение указанного технического решения по электропитанию адресных устройств оповещения и пожарно-охранной автоматики также увеличивает живучесть системы ПОС в целом.
Следует также отметить, что предложенное техническое решение предполагает длительное использование (годы) батарей в составе исполнительных адресных устройств оповещения и пожарно-охранной автоматики, поскольку батареи в дежурном режиме работы этих устройств отсоединены от потребляющей части схемы устройств. Батареи не используются и практически не разряжаются, а применяются только в активных режимах оповещения и управления при чрезвычайных ситуациях.
Для реализации заявляемого изобретения, а именно: адресной системы пожарной и охранной сигнализации, использованы устройства, серийно выпускаемые предприятием-заявителем (http://arsenal-sib.ru - на 01.10.2021). Эти устройства предназначены для защиты широкого круга больших, средних и малых объектов охраны от пожара и/или несанкционированного проникновения:
- извещатели пожарные дымовые оптико-электронные точечные адресно-аналоговые;
- извещатели пожарные тепловые максимально-дифференциальные точечные адресно-аналоговые;
- извещатели пожарные ручные адресные;
- оповещатели адресные охранно-пожарные свето-звуковые;
- оповещатели пожарные речевые адресные;
- извещатели охранные оптико-электронные инфракрасные пассивные адресные;
- извещатели охранные магнитоконтактные адресные;
- адресные тревожные кнопки;
- устройства передачи извещений адресные.
В настоящее время промышленность производит различные виды литиевых батарей, которые имеют ряд отличающих их параметров:
- большая электрическая емкость на единицу массы;
- малый саморазряд батареи (типично - 2-3% в год);
- большой срок службы - 10 лет и более;
- широкий диапазон рабочих температур: от -40°С до +70°С;
- хорошая нагрузочная способность при выходном токе - до 500 мА.
Поэтому для реализации блока коммуникации и питания 5 исполнительных адресных устройств оповещения и пожарно-охранной автоматики 4 вышеописанной адресной системы пожарной и охранной сигнализации могут быть использованы стандартные электронные компоненты, доступные на коммерческом рынке, например:
- литиевая батарея типоразмера CR123A (например, https://www.varta-consumer.ru или https://www.duracell.com - на 01.12.2020);
- диоды BAV99, SMB18A (http://www.st.com - на 01.12.2020);
- транзисторы IRLML9301TRPBF (https://www.infineon.com - на 01.12.2020);
- транзисторы ВС857С (https://www.nexperia.com - на 01.12.2020);
- стабилизаторы TPS71533-Q1 (https://www.ti.com - на 01.12.2020).
Таким образом, все функциональные узлы и элементы рассматриваемой системы известны и доступны на коммерческом рынке. Поэтому возможность практической реализации рассматриваемой адресной системы пожарной и охранной сигнализации не вызывает сомнений.
Совокупность признаков заявленного изобретения решает поставленную техническую задачу и способствует достижению указанного выше технического результата.
Как следует из вышеприведенного описания, в результате реализации настоящего изобретения создана адресная система пожарной и охранной сигнализации, которая:
• обеспечивает работу большого количества исполнительных адресных устройств оповещения и пожарно-охранной автоматики, реализующих повышенное энергопотребление для оповещения и управления в пожарном и тревожном режиме;
• осуществляет автоматически выявление неисправных контролируемых адресных устройств ПОС и исполнительных адресных устройств оповещения и пожарно-охранной автоматики, а также обнаружение неисправностей адресной линии связи;
• позволяет обнаружить пожар и/или тревожное событие (например, нарушение зоны охраны), обеспечивает быстрое и точное определение расположения очага возгорания (и/или места нарушения зоны охраны) и осуществляет запуск исполнительных адресных устройств оповещения и пожарно-охранной автоматики (например, оповещение и управление эвакуацией);
• позволяет использовать исполнительные адресные устройства оповещения и пожарно-охранной автоматики, выполняющие свои функции в пожарном или тревожном режиме, даже в случае нарушения целостности адресной линии связи;
• является надежной и технологичной в своем исполнении.
Описанная и изображенная на графических материалах конструкция и работа адресной системы пожарной и охранной сигнализации не является единственно возможной для решения выше указанной технической задачи и не исключает других вариантов ее изготовления, содержащих совокупность признаков, включенных в формулу изобретения.