УСТРОЙСТВО РАСПОЗНАВАНИЯ ТРЕВОЖНЫХ СИГНАЛОВ ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ В ШЛЕЙФЕ СИГНАЛИЗАЦИИ В СИСТЕМЕ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Предлагаемая полезная модель относится к технике электрической пожарной сигнализации и может быть использована для обнаружения возникновения пожара в системе пожарной сигнализации, а также в системах охранной и охранно-пожарной сигнализации.
В большинстве устройств электрической пожарной сигнализации измеряется падение напряжения на шлейфе сигнализации.
Известна система пожарной сигнализации, включающая в себя множество отдельных устройств сигнализации, подключенных к двухпроводной электрической цепи; каждое устройство сигнализации включает однонаправленное токоведущее средство, резистивный импеданс и переключатель, выполненный с возможностью перемещения в возбужденное положение в ответ на обнаруженный огонь или иной фактор возгорания (температура, дым, и т.п.). В устройстве имеется делитель напряжения, одна часть которого формируется на резистивном элементе сопротивления и двунаправленный источник напряжения. Сигнал пожарной тревоги можно отличить от всех других сигналов, генерируемых системой, т.к. при нормальной работе (отсутствие пожара) падение напряжения на резистивном элементе сопротивления не изменяется при переполюсовке, а при пожаре - падение напряжения при применении первой полярности отличается от напряжения при применении второй полярности (патент США US 832678, G08B 25/01, 1974).
Недостатком устройства является ее сложность и высокая стоимость.
Известно устройство для тревожной сигнализации, содержащее двухпроводный шлейф с расположенным на охраняемом объекте контрольным резистором, подключенный к источнику питания последовательно с опорным резистором, пороговый элемент, выход которого соединен с входом ключа в цепи исполнительного элемента, дифференциальный усилитель, два интегратора и полярный детектор, входы интеграторов и полярного детектора подключены к точке соединения шлейфа с опорным делителем, выход первого интегратора и один выход полярного детектора подключены к одному входу дифференциального усилителя, выход второго интегратора и другой выход полярного детектора подключены к другому входу дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом порогового элемента. Срабатывание происходит при достижении напряжения, превышающего некое пороговое напряжение, определяемое балансировочным резистором. Устройство срабатывает во всех случаях, когда входной сигнал изменяется за время, меньше постоянной времени интеграторов (авт. свид. СССР №742994, G08B 17/12, 1980).
Недостатком устройства является то, что устройство реагирует только на короткие по времени сигналы, что снижает достоверность определения возникновения пожара.
Известны устройства пожарной сигнализации, которые реагируют только на длительные по времени сигналы, а на короткие - нет. Это, например, устройство пожарной сигнализации, в котором сигналы датчиков шлейфа сигнализации, усиленные нормирующим усилителем, поступают на пороговый элемент. При превышении амплитуды входного сигнала срабатывания порогового элемента, последний вырабатывает сигнал, соответствующий логической единице, поступающий на интегрирующее звено, постоянная времени которого выбрана порядка 10 секунд. Таким образом, на выходе интегрирующего звена через время, равное 10 секундам, установится логическая единица, при условии, что уровень сигнала на выходе нормирующего усилителя не понижался ниже уровня срабатывания порогового элемента. С выхода интегрирующего звена этот сигнал поступает на элемент И, второй вход которого соединен через делитель напряжения с выходом нормирующего усилителя. При срабатывании элемента И с его выхода сигнал поступает на вход интегрирующего звена с постоянной времени 10 секунд. Сигнал уровня логической единицы с выхода интегрирующего звена устанавливает блок индикации в режим ПОЖАР. При обрыве или коротком замыкании шлейфа вырабатывается команда АВАРИЯ. В устройстве осуществлена блокировка режимов по принципу первого сработавшего, т.е. если в начале была выработана АВАРИЯ, то команда ПОЖАР не вырабатывается и наоборот (авт. свид. СССР №1795493, G08B 17/10, 1993).
Недостатком устройства является то, что сигналы меньше 10 секунд считаются случайными или ложными, т.е. устройство реагирует только на длинные сигналы, что снижает достоверность определения возникновения пожара.
Все описанные устройства оценивают факт возникновения пожара по первому сработавшему пожарному извещателю в шлейфе сигнализации и при этом не различают количество сработавших извещателей шлейфа сигнализации, что не исключает ложные срабатывания сигнала о возникновении пожара и, соответственно, снижает достоверность определения возникновения на контролируемом объекте пожарной ситуации.
Указанный недостаток частично устранен в системе пожарной сигнализации содержащий источник постоянного напряжения, делитель напряжения, подсоединенный своими выводами к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, контроллер, подсоединенный своим первым входом к выходу узла ввода команд и своим вторым входом к выходу делителя напряжения, узел индикации, подсоединенный своим входом к первому выходу контроллера, узел оповещения, подсоединенный своим входом ко второму выходу контроллера, дополнительный делитель напряжения, подсоединенный своими выводами к соответствующим выходам источника постоянного напряжения и с включенным в разрыв цепи дополнительного делителя напряжения выводов шлейфа пожарной сигнализации. Максимальный суммарный ток, потребляемый извещателями, ограничивается резисторами дополнительного делителя (патент на полезную модель РФ №127978, G08B 17/10, 2013).
Недостатком является недостаточная надежность устройства из-за влияния факторов прибора на срабатывание сигнала. Когда шлейф сигнализации не подключен, ток в разрыве цепи не протекает и сигнал с выхода дополнительного делителя не поступает в аналого-цифровой преобразователь контроллера. В этом случае сигнал на аналого-цифровом преобразователе контроллера зависит в значительной степени от собственных параметров работы контроллера, а также от внешней электромагнитной обстановки, так как при обрыве часть дополнительного делителя, подключенная к аналого-цифровому преобразователю контроллера, выступает в качестве антенны. Также, при возникновении короткого замыкания на шлейфе сигнализации возможен выход из строя аналого-цифрового преобразователя контроллера в связи с превышением допустимого тока, протекающего через дополнительный делитель.
Задачей полезной модели является повышение надежности распознавания тревожных сигналов извещателей шлейфа сигнализации, за счет исключения факторов работы собственно прибора.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве распознавания тревожных сигналов извещателей в шлейфе сигнализации в системе пожарной сигнализации, содержащей источник постоянного напряжения, узел ввода команд, узел индикации, узел оповещения, включающее контроллер, имеющий блок сравнения сигналов и подсоединенный одним из своих входов к выходу узла ввода команд и своими соответствующими выходами - к узлу индикации и к узлу оповещения, основной делитель напряжения, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, а своим выходом - к соответствующему входу контроллера, и дополнительный делитель напряжения, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам источника постоянного напряжения, а своим выходом - к соответствующему входу контроллера, причем дополнительный делитель своим соответствующим входом подключен к шлейфу сигнализации, основной делитель напряжения выполнен в виде резистивного делителя с постоянным коэффициентом передачи, а дополнительный делитель напряжения выполнен в виде резистивного делителя с переменным коэффициентом передачи, образованный соединенными последовательно резисторами, и имеет вход, предназначенный для параллельного подключения шлейфа сигнализации, являющимся переменным сопротивлением для дополнительного резистивного делителя, а по результатам сравнения в контроллере сигналов, полученных с делителя напряжения с постоянным коэффициентом передачи и дополнительного резистивного делителя с переменным коэффициентом передачи, контроллер определяет наличие и количество сработавших извещателей.
Проведенный патентный поиск показал, что заявленная совокупность признаков является новой.
Выполнение основного делителя напряжения с постоянным коэффициентом передачи, а дополнительного делителя в виде резистивного делителя с переменным коэффициентом передачи, образованного соединенными последовательно резисторами, параллельно которым подключен шлейф сигнализации, являющийся переменным сопротивлением для дополнительного резистивного делителя, позволяет контроллеру получать два аналоговых сигнала. Определение наличия и количества сработавших извещателей в шлейфе сигнализации производится с помощью одновременного замера напряжений на выходах основного делителя, являющегося эталонным и дополнительного резистивного делителя, сигналы с выходов которых поступают на первый и второй входы контроллера. Эти сигналы одинаково зависят от источника постоянного напряжения и различаются только за счет шлейфа сигнализации, подключенного к дополнительному делителю. В аналогово-цифровом преобразователе контроллера эти два аналоговых сигнала оцифровываются. Определяется разница полученных оцифрованных значений. Эта, полученная в контроллере разница, пропорциональна только текущему суммарному сопротивлению шлейфа сигнализации и не зависит от свойств и характеристик источника напряжения и других узлов системы пожарной сигнализации. На основании данного значения контроллер определяет наличие и количество сработавших извещателей в шлейфе сигнализации.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, на которых представлены:
- на фиг. 1 - функциональная схема устройства распознавания тревожных сигналов извещателей в шлейфе сигнализации в системе пожарной сигнализации;
- на фиг. 2 - электрическая схема устройства распознавания тревожных сигналов извещателей в шлейфе сигнализации с нормально разомкнутыми извещателями;
- на фиг. 3 - электрическая схема устройства распознавания тревожных сигналов извещателей в шлейфе сигнализации с нормально замкнутыми извещателями.
Устройство содержит контроллер 1, основной делитель напряжения 2, подсоединенный своим выходом - к соответствующему входу контроллера 1, дополнительный делитель напряжения 3, подсоединенный своим выходом - к соответствующему входу контроллера 1, а своим соответствующим входом подключен к шлейфу сигнализации 4 (фиг. 1). Контроллер 1 содержит аналогово-цифровой преобразователь и имеет в памяти набор типовых значений возможных сигналов: «ПОЖАР», «ВНИМАНИЕ» и т.п.и устройство для сравнения типовых значений возможных сигналов с теми, которые поступают от шлейфа сигнализации. Основной делитель напряжения 2 выполнен в виде резистивного делителя с постоянным коэффициентом передачи, а дополнительный делитель напряжения 3 выполнен в виде резистивного делителя с переменным коэффициентом передачи. Делитель 3 образован соединенными последовательно резисторами, параллельно которым подключен шлейф сигнализации 4, являющийся переменным сопротивлением для дополнительного резистивного делителя 3 (фиг. 2, 3).
Для пояснения работы заявленного устройства распознавания тревожных сигналов извещателей в шлейфе сигнализации в системе пожарной сигнализации и его соединения с системой - на фиг. 1 показаны также источник постоянного напряжения 5, узел ввода команд 6, узел индикации 7, узел оповещения 8, относящиеся к системе пожарной сигнализации в целом (фиг. 1). Устройство распознавания тревожных сигналов извещателей в шлейфе сигнализации, являющееся объектом патентования, на фиг. 1 выделено пунктирной линией. Блок сравнения сигналов контроллера 1 подсоединен одним из своих входов к выходу узла ввода команд 6 и своими соответствующими выходами - к узлу индикации 7 и к узлу оповещения 8. Основной делитель напряжения 2 подсоединен своими входами к соответствующим выходам источника постоянного напряжения 5. Дополнительный делитель напряжения 3, подсоединен своими входами к соответствующим выходам источника постоянного напряжения 5. Делители напряжения 2 и 3 подсоединены к одному и тому же источнику постоянного напряжения 5 (фиг. 1), что исключает влияние ухода выходного напряжения источника напряжения на измеряемые сигналы в делителях 2 и 3, так как определение цифрового значения суммарного сопротивления шлейфа сигнализации производится на основе цифровых значений от обоих делителей 2 и 3. Делители 2 и 3 могут состоять из любого количества постоянных резисторов (фиг. 2 и фиг. 3). Шлейф сигнализации является переменным сопротивлением для дополнительного делителя 3 (фиг. 1, 2, 3). Устройство работает следующим образом.
Источник напряжения 5 подает напряжение питания на основной 2 и дополнительный 3 делители напряжения независимо от наличия подключенного шлейфа сигнализации 4. Подключенный шлейф сигнализации 4 своим текущим суммарным сопротивлением изменяет коэффициент передачи дополнительного делителя 3. Сигналы с выходов делителей 2 и 3 поступают в аналогово-цифровой преобразователь контроллера 1. После оцифровки, два значения с основного и дополнительного делителей, эквивалентных аналоговым сигналам на выходах делителей, нормируются (например, от цифрового значения выходного сигнала основного делителя 2 отнимается цифровое значение выходного сигнала дополнительного делителя 3), результатом чего является цифровое значение пропорциональное только суммарному сопротивлению шлейфа 4. Данное значение контроллером 1 в устройстве для сравнения типовых значений поочередно сравнивается с хранящимися в памяти контроллера 1 типовыми («ожидаемыми») значениями, соответствующими суммарному сопротивлению шлейфа сигнализации для различных режимов его работы. В результате этого сравнения контроллер 1 определяет принадлежность текущего измеренного сопротивления шлейфа сигнализации 4 к одному (и только одному) из возможных режимов работы шлейфа, т.е. распознает текущий режим работы шлейфа сигнализации 4, и, в зависимости от этого, формирует сигналы управления на узел индикации 7, узел оповещения 8 и ожидает возможного поступления сигналов управления с узла ввода команд 6. Каждое новое изменение суммарного сопротивления шлейфа 4 (новое или очередное срабатывание извещателей, нарушение целостности соединительных линий) вызывает изменение коэффициента передачи дополнительного делителя 3. Это фиксируется контроллером 1 аналогично описанному выше.
1
2
3
4
6
7
8
9
K
На фиг. 2 представлена схема устройства распознавания тревожных сигналов извещателей со схемой подключенного шлейфа сигнализации с нормально разомкнутыми извещателями. Шлейф состоит из максимально возможного количества извещателей, которое ограничивается их суммарным током потребления. В данном конкретном примере шлейф сигнализации состоит из четырех извещателей (S, S, S, S) и подключенных к ним последовательно порогозадающих резисторов (R, R, R, R). Извещатели совместно с соответствующими резисторами подключены параллельно друг другу и оконечному сопротивлению R (фиг. 2).
5
6
7
8
10
11
12
13
K
На фиг. 3 представлена схема устройства распознавания тревожных сигналов извещателей со схемой шлейфа сигнализации с нормально замкнутыми извещателями. Шлейф также состоит из максимально возможного количества извещателей,которое определяется их внутренним сопротивлением в дежурном режиме (при отсутствии срабатывания). В данном конкретном примере параллельно каждому извещателю (S, S, S, S) подключены порогозадающие резисторы (R, R, R, R). Пары извещателей с соответствующими резисторами соединены последовательно друг другу и оконечному сопротивлению R (фиг. 3).
Схемы шлейфов, приведены для того, чтобы показать, что заявленное устройство может работать с различными схемами шлейфов. Варианты схем шлейфов сигнализации и их подключение (фиг. 2 и фиг. 3) не являются объектами патентования.
Пример работы устройства распознавания тревожных сигналов извещателей в шлейфе сигнализации в системе пожарной сигнализации в соответствии с шлейфом сигнализации с нормально разомкнутыми извещателями (фиг .2) поясняется нижеследующим.
1
6
6
1
5
2
При срабатывании одного из пожарных извещателей, например, S, его внутреннее сопротивление скачкообразно уменьшается и становится сопоставимым с номиналом дополнительного сопротивления R, чем обеспечивается включение первого дополнительного сопротивления R к внутреннему сопротивлению первого сработавшего пожарного извещателя S. Таким образом, в шлейфе 4 пожарной сигнализации суммарное сопротивление уменьшается и, соответственно, уменьшается напряжение на шлейфе 4 пожарной сигнализации. Вследствие этого на резисторе R дополнительного делителя 3 напряжение изменяется и поступает на вход контроллера 1. На резисторе R основного делителя 2 всегда имеется напряжение, которое поступает на соответствующий вход контроллера 1. Цифровое значение этого текущего напряжения вырабатывается каждый раз, когда вырабатывается цифровое значение напряжения, поступившего с дополнительного делителя 3. В контроллере 1 на основании этих двух полученных цифровых значений рассчитывается цифровое значение текущего суммарного сопротивления шлейфа 4, которое не зависит от напряжения источника питания 5 или каких-либо его флуктуаций. Это значение сравнивается с сохраненными («ожидаемыми») значениями из памяти контроллера 1 и согласно принципу определения состояния шлейфа 4 определяется его текущее состояние, в данном случае - срабатывание одного извещателя и может рассматриваться как, например, ВНИМАНИЕ.
2
7
2
1
6
K
5
1
При срабатывании, например, второго следующего пожарного извещателя S обеспечивается подключение второй пары сопротивлений: дополнительного сопротивления R и внутреннего сопротивления сработавшего пожарного извещателя S, параллельно ранее сработавшему пожарному извещателю S и его дополнительному сопротивлению R и оконечному сопротивлению R. Общее сопротивление шлейфа 4 еще более уменьшается, что вновь отражается на напряжении, поступающем в контроллер 1 с резистора R дополнительного делителя напряжения 3. После соответствующих преобразований и вычислений, аналогичных при срабатывании первого пожарного извещателя S и с учетом уже одного сработавшего извещателя, контроллером 1 определяется режим работы шлейфа, который соответствует наличию двух сработавших извещателей и может рассматриваться как, например, ПОЖАР.
Пример работы устройства распознавания тревожных сигналов извещателей в шлейфе сигнализации в системе пожарной сигнализации в соответствии с шлейфом сигнализации с нормально замкнутыми извещателями (фиг. 3) поясняется нижеследующим.
5
10
K
5
2
При срабатывании одного из пожарных извещателей, например, S, его внутреннее сопротивление скачкообразно увеличивается или даже становится бесконечно большим, чем обеспечивается включение первого дополнительного сопротивления R последовательно с сопротивлением R. Таким образом, в шлейфе 4 пожарной сигнализации суммарное сопротивление увеличивается и, соответственно, увеличивается напряжение на шлейфе 4. Вследствие этого на резисторе R дополнительного делителя 3 напряжение изменяется и поступает на вход контроллера 1. На резисторе R основного делителя 2 всегда имеется напряжение, которое поступает на соответствующий вход контроллера 1. Цифровое значение этого текущего напряжения вырабатывается каждый раз, когда вырабатывается цифровое значение напряжения, поступившего с дополнительного делителя 3. В контроллере 1 на основании этих двух полученных цифровых значений рассчитывается цифровое значение текущего суммарного сопротивления шлейфа 4, которое не зависит от напряжения источника питания 5 или каких-либо его флуктуаций. Полученное значение сравнивается с сохраненными («ожидаемыми») значениями из памяти контроллера 1 и согласно принципу определения состояния шлейфа 4 определяется его текущее состояние, в данном случае - срабатывание одного извещателя и может рассматриваться как, например, ВНИМАНИЕ.
6
11
5
10
K
5
5
При срабатывании, например, второго следующего пожарного извещателя S обеспечивается подключение второго дополнительного сопротивления R последовательно ранее сработавшему пожарному извещателю S и его дополнительному сопротивлению R и оконечному сопротивлению R. Общее сопротивление шлейфа 4 еще более увеличивается, что вновь отражается на напряжении, поступающем в контроллер 1 с резистора R дополнительного делителя напряжения 3. После соответствующих преобразований и вычислений, аналогичным при срабатывании первого пожарного извещателя S и с учетом уже одного сработавшего извещателя, контроллером 1 определяется режим работы шлейфа, который соответствует наличию двух сработавших извещателей и может рассматриваться как, например, ПОЖАР.
При необходимости контроля нескольких шлейфов сигнализации в предложенном устройстве дополнительно предусматривается необходимое число идентичных первому дополнительных делителей, параллельно каждому из которых подключается по одному из шлейфов сигнализации, а выходы дополнительных делителей напряжения подключаются в соответствующие входы контроллера и выходы источника напряжения.
В предложенном устройстве распознавания тревожных сигналов извещателей в шлейфе сигнализации в системе пожарной сигнализации по результатам сравнения в контроллере сигналов, полученных с основного делителя напряжения, дополнительного резистивного делителя, контроллер определяет наличие и количество сработавших извещателей в шлейфе сигнализации. Предложенное устройство распознавания тревожных сигналов извещателей в шлейфе сигнализации в системе пожарной сигнализации обеспечивает необходимое и достаточное количество сравнений ожидаемых цифровых значений и цифровых значений, полученных в результате измерений изменений напряжения в шлейфе пожарной сигнализации. В соответствии с их обработкой устройство обеспечивает уменьшение числа ложных срабатываний системы пожарной сигнализации в целом и обеспечивают более высокую достоверность и информативность при определении пожарной ситуации.
Предложенное устройство повышает надежность распознавания тревожных сигналов извещателей (определения срабатывания множественных извещателей) шлейфа сигнализации, за счет исключения факторов работы собственно устройства и обеспечения зависимости сигнала только от шлейфа сигнализации.