УСТРОЙСТВО ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Область техники
Полезная модель относится к противопожарной технике и предназначена для использования в автоматических системах пожарной сигнализации и пожаротушения преимущественно на тяговом подвижном составе железнодорожного транспорта, а также на других объектах.
Уровень техники
Известна установка пожарной сигнализации для железнодорожного транспорта (Александров Ю.С. Пожарная безопасность вагонов. М.: Транспорт, 1988, с.23), в который входят извещатель и приемно-контрольный прибор, содержащий источник тока, соединенный через селектор тока с формирователем сигналов тревоги и дополнительно через двухпроводную цепь электропитания с питающим входом пожарного извещателя, содержащего последовательно соединенные датчик пожара, усилитель и триггер, соединенные по питающему напряжению через стабилизатор напряжения с питающим входом пожарного извещателя. Однако известная установка имеет недостаточную помехоустойчивость в условиях работы на железнодорожном транспорте, характеризующихся высоким уровнем электромагнитных помех.
Известна также установка пожарной сигнализации для железнодорожного транспорта по патенту №2308091, частично решающая задачу повышения помехоустойчивости. Это устройство имеет извещатель и приемно-контрольный прибор, содержащий формирователь сигналов тревоги и источник тока, соединенный через селектор тока и двухпроводную цепь электропитания с питающим входом пожарного извещателя, содержащего последовательно соединенные датчик пожара, усилитель и триггер, соединенные по питающему напряжению через стабилизатор напряжения с питающим входом пожарного извещателя. Согласно изобретению приемно-контрольный прибор дополнительно
содержит электронный ключ, генератор опросных сигналов пожарного извещателя, делитель частоты и двоичный счетчик, а пожарный извещатель - селектор опросных сигналов, соединенный по входу с питающим входом пожарного извещателя, а по выходу - со вторым входом триггера пожарного извещателя, причем электронный ключ приемно-контрольного прибора установлен на входе цепи электропитания и соединен по сигнальному входу с первым выходом селектора тока, второй выход которого через счетчик опросных сигналов соединен с сигнальным входом формирователя сигналов тревоги и блокирующим входом генератора опросных сигналов, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа непосредственно и через делитель частоты с входом сброса счетчика опросных сигналов.
Недостатком этого устройства является ограничение по возможности применения пожарных извещателей различного типа, обязательность применения пожарных извещателей только определенного типа, а также недостаточный уровень помехоустойчивости.
Раскрытие полезной модели
В основу полезной модели поставлена задача устранения недостатков прототипа и достижения технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей устройства пожарной сигнализации путем обеспечения возможности использования пожарных извещателей любого типа и повышения помехоустойчивости (снижения ложных срабатываний) за счет усовершенствования процесса автоматизации проверки ложных тревог.
Технический результат достигается тем, что, что в устройстве, содержащем источник питания, датчик пожара, генератор сигналов, электронный ключ, первый двоичный счетчик, формирователь сигналов тревоги, причем выход двоичного счетчика соединен с входом формирователя сигналов тревоги, согласно полезной модели введены второй источник питания, первый и второй резисторы, формирователь опорных напряжений, компараторы, управляемый одновибратор, причем выход первого источника питания соединен с входом первого резистора и
входом формирователя опорных напряжений, выход второго источника питания соединен с входом второго резистора, выходы первого и второго резисторов соединены соответственно с первым и вторым выводами датчика пожара, при этом соединенные между собой датчик пожара и первый резистор образуют первый делитель напряжения, соединенные между собой второй резистор, датчик пожара и первый резистор образуют второй делитель напряжения, результирующие выходы первого и второго делителя напряжений соединены с первыми входами компараторов, формирователь опорных напряжений выполнен в виде последовательно соединенных коммутатора опорного напряжения и источника опорного напряжения с обеспечением возможности формирования дополнительных импульсов циклического опроса и уровней сигналов, соответствующих ситуациям «пожар», «обрыв», «внимание», «КЗ», выход генератора сигналов соединен с входом управляемого одновибратора и со вторым входом формирователя опорных напряжений, выходы последнего соединены со вторыми входами компараторов, выходы компараторов соединены с первым входом первого двоичного счетчика, первый выход управляемого одновибратора соединен с входом коммутатора напряжения - электронным ключом и вторым входом первого двоичного счетчика, а второй его выход соединен со вторым входом формирователя сигналов тревоги, выполненного в виде последовательно соединенных второго двоичного счетчика и шифратора, при этом первым входом формирователя сигналов тревоги является первый вход второго двоичного счетчика, вторым входом формирователя сигналов тревоги является второй вход второго счетчика, выход формирователя сигналов тревоги является выходом устройства.
Краткое описание графических материалов
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где представлена блок-схема устройства.
Позициями на чертеже обозначены:
1 - первый источник питания
2 - первый резистор
3 - второй источник питания
4 - второй резистор
5 - первый делитель напряжения
6 - второй делитель напряжения
7 - датчик пожара
8 - коммутатор напряжения
9 - генератор сигналов
10 - управляемый одновибратор
11 - компараторы
12 - первый двоичный счетчик
13 - шифратор
14 - источник опорных напряжений
15 - коммутатор опорных напряжений
16 - второй двоичный счетчик
17 - формирователь сигнала тревоги
18 - формирователь опорных напряжений.
Предлагаемое устройство содержит первый источник питания 1, первый резистор 2, второй источник питания 3, второй резистор 4, датчик пожара (датчик пожароопасной ситуации, извещатель) 7, коммутатор напряжения 8 (электронный ключ), генератор сигналов 9, управляемый одновибратор 10, компараторы 11, первый двоичный счетчик 12, шифратор 13, источник опорных напряжений 14, коммутатор опорного напряжения 15, второй двоичный счетчик 16. Первый резистор 2 вместе с последовательно соединенным с ним датчиком пожара 7 образуют первый делитель напряжения 5. Второй резистор 4 вместе с последовательно соединенными с ним датчиком пожара 7 (условно - переменным сопротивлением) и первым резистором 2 образуют второй делитель напряжения 6. Первый делитель напряжения 5 предназначен для определения пожароопасной ситуации «пожар», «внимание», а также, дополнительно, для определения состояния шлейфов сигнализации и проверки цепи линий сигнализации на
замыкание (КЗ). Второй делитель напряжения 6 предназначен для проверки цепей линий сигнализации на обрыв с использованием метода проверки знакопеременным напряжением (при этом обычно оконечным элементом линии сигнализации (шлейфа) является диод или резистор с диодом). Второй источник питания 3 служит при этом для создания тока и проверки линий сигнализации на наличие цепи, а именно, отсутствие обрыва, и выполнен, например, в виде выпрямителя напряжения и стабилизатора напряжения. Датчик пожара (датчик пожароопасной ситуации) 7 предназначен для выдачи сигнала о пожароопасной ситуации и выполняет роль извещателя. В общем случае принцип работы извещателей основан на том, что датчик пожара, определяя пожароопасную ситуацию (дым, тепло пламя), изменяет ток своего потребления, а именно добавляет нагрузочный элемент (как правило, резистор). Поэтому извещатель в общем случае формально можно представить резистором переменного значения с большим сопротивлением при нормальных условиях эксплуатации (пожарная безопасность, температура в норме, задымленности нет) и с меньшим сопротивлением, когда возникает пожароопасная ситуация. Это справедливо практически для всех типов неадресных извещателей. В изобретении использовано это свойство извещателей, и нет привязки к конкретному типу извещателей. В предлагаемом решении извещатель рассматривается условно как резистор переменного значения.
Управляемый одновибратор 10 предназначен для формирования импульсов определенной формы заданной длительности и периодичности и выполнен в виде программируемого одновибратора.
Блок 11 предназначен для определения пожароопасной и аварийной ситуации и выполнен, например, в виде группы (по числу определяемых ситуаций - «пожар», «КЗ», «внимание», «обрыв») компараторов или операционных усилителей с максимальным коэффициентом усиления.
Последовательно соединенные коммутатор опорных напряжений 15 и источник опорных напряжений 14 образуют формирователь опорных напряжений 18, который предназначен для формирования порогового сигнала компараторов
11. В блоке 18 формируются опорные напряжения, соответствующие ситуациям «пожар», «КЗ», «внимание», «обрыв». Источник опорных напряжений 14 выполнен в виде делителей напряжения с различными, соответствующими указанным ситуациям, значениями выходного напряжения (блок 14 «качает» напряжение от нуля до соответствующих указанным ситуациям значений), которые в соответствии с управляющими сигналами коммутатора опорных напряжений 15 передаются на соответствующий компаратор 11.
Последовательно соединенные второй двоичный счетчик 16 и шифратор 13 образуют формирователь выходного сигнала 17 (формирователь сигнала тревоги), который предназначен для выдачи сигнала на оконечные элементы устройства пожарной сигнализации, световые и звуковые (на чертеже не показаны).
Предлагаемое устройство может быть использовано на пожароопасных объектах как самостоятельно, так и в качестве одного из каналов системы пожарной сигнализации, например на железнодорожных вагонах.
Устройство работает следующим образом.
Если пожароопасная и аварийная ситуации отсутствуют, то сопротивление линии сигнализации, в которую входит извещатель 7, высокое, и на выходе делителя напряжения 5 уровень сигнала (напряжение) высокий (выход первого резистора 2 является выходом делителя напряжения 5, соединенным с одним из первых -инверсных- входов компаратора 11). Этот высокий уровень сигнала поступает на инверсный вход компараторов 11, где происходит сравнение значений поступающих напряжений на инверсный и неинверсный входы компараторов.
Если уровень сигнала первого делителя 5 выше опорного значения (пиков «гребенки» - импульсов определенной длительности, величины и периодичности, приходящих с блока 18 на неинверсный вход компараторов), то сигнал на выходе компаратора не меняется.
Так как величина напряжения на инверсном входе (с первого делителя напряжений) выше, чем на неинверсном (с источника опорного напряжения), то компараторы находятся в неактивном состоянии, и на выходе у них низкий
уровень сигнала, коммутатор опорного напряжения не влияет на изменение выходного состояния компаратора (на неинверсный вход поступает сигнал по уровню меньший, чем на инверсный вход). Сигнал на выходе блока 17 при состоянии «норма» (когда нет пожароопасной ситуации) отсутствует.
Если в цепи сигнализации имеется обрыв, то на неинверсный вход компаратора, отвечающего за выработку сигнала «обрыв», поступает напряжение, равное напряжению второго источника напряжения 4. (В блоке 10 на восьмом импульсе «вырабатывается ноль», в это время отключается блок 8 и работает цепь блоков 3-4-7-2-1. Извещатель формализован по сути действия как переменное сопротивление с параллельно подключенным диодом во встречном направлении).
При неизменной величине напряжения источника 1 и неизменном сопротивлении первого резистора 2 уровень сигнала с выхода первого делителя напряжения 5 изменяется прямо пропорционально сопротивлению линии сигнализации (извещателя 7).
При возникновении пожароопасной ситуации работа устройства по определению этой ситуации и отграничения ее от сигналов ложной тревоги состоит в следующем.
Так, при распознавании ситуации «внимание», например, если сработал один извещатель в линии, в работе устройства происходит следующее.
В состоянии «Внимание» (сработал один извещатель в линии) - сопротивление линии сигнализации уменьшилось, эквивалентно подключенной нагрузке (в шлейфе сигнализации - одно сопротивление), соответственно уровень сигнала с первого делителя напряжения 5 стал меньше (ниже) соответствующего уровня с источника опорного напряжения 14 (с выхода блока 18).
Если уровень сигнала первого делителя 5 выше опорного значения (пиков «гребенки»), то сигнал на выходе компаратора не меняется.
Если уровень сигнала первого делителя 5 ниже опорного значения (пиков «гребенки»), то сигнал на выходе компаратора меняется в соответствии с поступлением каждого импульса. Следовательно, компаратор, отвечающий за состояние ситуации «Внимание», активизировался, то есть на его выходе появился
высокий уровень сигнала. Коммутатор опорного напряжения 15, своим выходным ключом с определенной частотой шунтируя (включая-отключая) источник опорного напряжения, изменяет состояние «опорного» (неинверсного) входа компаратора, отвечающего за ситуацию «Внимание», меняя его активное состояние в неактивное и наоборот. Периодические изменения состояния компаратора «Внимание» подсчитываются счетчиком 12, и при превышении определенного (порогового) количества изменений этого состояния формируется сигнал на его выходе. Алгоритм работы первого двоичного счетчика 12 основан на мажоритарном выборе: сигнал считается истинным, а не ложной тревогой, если уровень сигнала сохраняется в пяти импульсах из восьми. Сигнал с выхода первого двоичного счетчика 12 и поступает на вход второго двоичного счетчика 16. Сигнал на выходе второго счетчика 16 формируется аналогичным образом. В алгоритме работы второго двоичного счетчика 16 также использован мажоритарный выбор - совпадение в пяти импульсах из восьми. На первый вход второго двоичного счетчика поступает сигнал с блока 12, а на второй его вход поступают импульсы с управляемого одновибратора 10, предназначение которого дополнительно проверить сигнал, автоматически обеспечить проверку ложных тревог и защитить устройство от ложных срабатываний и кратковременных помех. Далее сигнал поступает на шифратор 13, где формируется сигнал соответственно ситуации и уровню напряжения, на выходе формирователя тревоги 17 в данном случае появляется сигнал, соответствующий ситуации «Внимание». Если условия мажоритарной выборки не соблюдаются (количество поступивших импульсов не достигает соответствующих пороговых значений), изменения в цепи сигнализации считаются случайными, относятся к помехам. Сигнал на выходе счетчика 16, а соответственно и на выходе блока формирователя сигнала тревоги 17 не вырабатывается. Таким образом реализуется защита предлагаемого устройства от ложных срабатываний. Автоматически проверяется наличие ложных срабатываний устройства пожарной сигнализации и тем самым повышается его помехоустойчивость, что особенно важно на железнодорожном транспорте, где уровень электромагнитных помех особенно высок. (Реально помехи обусловлены:
работой какого-либо реле, электромагнитными помехами от шин питания; в принципе работа любого электрооборудования создает помехи; любые внешние поля - помехи).
Рассмотренная работа устройства при формировании сигнала «Внимание» аналогична и при формировании сигналов «Пожар» и «КЗ» (короткое замыкание). Отличие состоит только в значении величины поступающего напряжения с делителя напряжений 5.
Величина напряжения, соответствующая ситуации «Пожар» (сработали 2 и более извещателей), меньше, чем при нормальной ситуации и меньше, чем при ситуации «Внимание». В компараторе 11, отвечающем за состояние «Пожар», сравнивается величина этого напряжения, поступившего на его инверсный вход с соответствующим уровнем напряжения с источника опорного напряжения 14 («гребенкой» с выхода блока 18), поступившего на неинверсный вход.
Если уровень сигнала первого делителя 5 ниже опорного значения (пиков «гребенки»), то сигнал на выходе компаратора меняется в соответствии с поступлением каждого импульса. Количество последних подсчитывается в счетчиках 12 и 16, так же как и в ранее рассмотренной ситуации «Внимание». В результате с помощью дешифратора 13 формируется выходной сигнал «Пожар» с блока 17.
Величина напряжения, соответствующая ситуациям «КЗ» (короткое замыкание в цепи шлейфа), имеет наименьшее значение, напряжение в линии сигнализации меньше предельно допустимого минимального напряжения питания извещателя.
Введение первого делителя напряжений обеспечивает возможность использования извещателя любого типа (а не только с селектором в его составе, как в прототипе), например следующие: извещатель Обнинский, датчик дыма, датчик температуры, анализатор плотности среды и т.д., расширяя таким образом функциональные возможности предлагаемого устройства пожарной сигнализации.
Введение коммутатора опорного напряжения и управляемого одновибратора 10 позволяет более точно отделить помеху от полезного сигнала (не по восьми
импульсам, а по шестидесяти четырем, при этом в каждом из восьми импульсов применяя мажоритарный выбор-совпадение в пяти импульсах из восьми).
Тем самым реализуется дополнительная помехозащищенность - уход от периодической помехи короткой длительности.
Введение второго источника питания 3 (большего напряжения, чем первый) и второго делителя напряжений 6 позволяет осуществлять (в совокупности с коммутатором напряжения 8) контроль на обрыв знакопеременным напряжением.
Таким образом поставленная задача решена и достигнут технический результат, благодаря введению существенных отличительных признаков.
При анализе технического решения на соответствие критерию «новизна» выявлено, что часть признаков заявленной совокупности является новой, следовательно, полезная модель соответствует критерию «новизна».
Так новыми существенными отличительными признаками являются:
1. Введение новых элементов, а именно: второго источника питания, первого и второго резисторов, формирователя опорных напряжений, компараторов, управляемого одновибратора.
2. Введение соответствующих связей, отраженных в отличительной части формулы изобретения.
3. Выполнение элементов, а именно: первого 5 и второго 6 делителей напряжений, формирователя опорных напряжений 18, формирователя сигнала тревоги 17.
Техническое решение анализируемого объекта ново и благодаря введению перечисленных выше новых существенных отличительных признаков достигнут технический результат, а именно: расширены функциональные возможности и повышена помехозащищенность. Кроме того, осуществлена возможность проверки на «обрыв» знакопеременным напряжением.
Следовательно, предлагаемое техническое решение представляет собой новую совокупность признаков и нового технического свойства, а также представляет собой новые расположение, количество и связи элементов. Кроме того, посредством предлагаемого технического решения достигнут результат, удовлетворяющий
существующим потребностям. Проведенные маркетинговые исследования показали назревшую потребность в таком товаре на рынке.
Полезная модель может быть тиражирована и, следовательно, соответствует критерию «промышленная применимость».
Промышленная применимость.
Полезная модель разработана на уровне экспериментального образца. Проведены его успешные испытания, которые показали повышение его помехоустойчивости и устойчивую работу при применении различных типов извещателей.
Источники информации.
1. Александров Ю.С. Пожарная безопасность вагонов. М.: Транспорт, 1988, с.23.
2. Установка пожарной сигнализации для железнодорожного транспорта. Патент РФ №2308091, 2006 г., прототип.