АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ПОЖАРОТУШЕНИЕМ В ПОДВИЖНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВАХ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ
AUTOMATIC FIRE ALARM AND FIRE EXTINGUISHING CONTROL SYSTEM IN MOBILE VEHICLES AND ITS ELEMENTS

Группа изобретений относится к автоматическим системам пожарной сигнализации и управления пожаротушением в любых транспортных средствах, преимущественно, в подвижных составах автомобильного или рельсового транспорта: в железнодорожных составах, в подвижных составах метрополитена, монорельсовых транспортных средствах и др., и к их основным элементам.
Известна также «Система пожарной сигнализации и управления пожаротушением в подвижных транспортных средствах» (патент РФ №39832, опубл. 20.08.2004). Данное техническое решение относится к автоматическим системам, предназначенным для организации автоматической пожарной сигнализации и управления установками пожаротушения в автомобилях, троллейбусах, тракторах, бронетанковой технике, самоходной, строительной и сельскохозяйственной технике. Известная автоматическая система включает датчик пожара, выполненный в виде линейного теплового извещателя, блок управления, соединенный с устройством световой и звуковой индикации пожара, с исполнительными средствами пожаротушением и блоком их включения, блок управления содержит устройство сбора информации, устройство контроля всех составляющих системы и блок памяти событий, при этом блок управления непосредственно соединен с датчиками пожара и с системой запуска двигателя транспортного средства, а также выполнен с возможностью перехода на ручной автоматический режим управления исполнительными средствами пожаротушения при включенном двигателе транспортного средства.
За счет использования линейных тепловых извещателей, известная система обеспечивает надежную степень вероятности обнаружения пожара, независимо от типа транспортного средства, скорости его движения и погодных условий.
Поскольку блок управления соединен с системой запуска двигателя транспортного средства с автоматическим переходом на ручной режим включения исполнительных средств пожаротушения, то достигается возможность эвакуации пассажиров до включения средств пожаротушения.
Однако ряд причин препятствует возможности использования известной системы в условиях тягового подвижного состава железнодорожного транспорта, пригородных поездов и подвижного состава метрополитена, где требуется обеспечение максимально возможной надежности срабатывания средств пожаротушения и контроля состояния пожароопасной ситуации. К таким причинам относятся:
- возможность использования только линейных тепловых датчиков;
- система не обеспечена дублированием линий связи;
- в системе предусмотрена только одна очередь тушения.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемой группе изобретений является система и ее элементы, раскрытые в патенте РФ №74077, опубл. 20.06.2008. Известная система содержит датчики, контролирующие пожароопасные параметры защищаемой среды, блоки управления, сбора информации и памяти, устройство контроля, световую и звуковую индикацию, исполнительные средства пожаротушения, и выполненная с возможностью функционирования, как в автоматическом, так и в ручном режиме управления. Причем функцию блоков управления, сбора информации и памяти, устройства контроля, а также световую и звуковую индикацию выполняет блок управления и индикации и соединенный с ним, по крайней мере, один блок контроля и управления, который в свою очередь, дополнительно связан, по крайней мере, с одним локальным блоком контроля, выполненным с возможностью преобразования сигналов и передачи сигналов, как от датчиков, так и к исполнительным средствам. При этом блок управления и индикации, а также блок контроля и управления выполнены с возможностью связи между ними посредством (межсекционной) двухпроводной магистрали передачи данных, а каждый локальный блок контроля и соответствующий ему блок контроля и управления выполнены с возможностью связи между ними посредством двух последовательных мультиплексных каналов связи. Данная система обеспечивает высокую надежность срабатывания средств пожаротушения в автоматическом и ручном режимах управления устройствами пожаротушения.
Блок управления и индикации известной системы содержит корпус, в котором расположены модуль центрального процессора, связанный с дисплеем и модулями ввода-вывода для обмена информацией с компонентами системы и внешними устройствами, модуль индикации, клавиатурный модуль, зуммер, модуль сопряжения с радиостанцией, модуль хранения архива, модуль питания, включающий основной и резервный независимые вводы электропитания.
Предлагаемая автоматическая система пожарной сигнализации и управления пожаротушением в подвижных транспортных средствах является альтернативным решением относительно прототипа.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая группа изобретений, является расширение арсенала автоматических систем пожарной сигнализации и управления пожаротушением в подвижных транспортных средствах и ее элементов, обеспечивающих максимально возможную надежность срабатывания средств пожаротушения в автоматическом и ручном режимах управления устройствами пожаротушения.
Технический результат заключается в реализации назначений изобретений группы.
Дополнительный технический результат предлагаемой группы изобретений заключается в повышении вероятности тушения пожара, возникшего на подвижном составе, в случае аварийных и иных ситуаций, включая разрыв состава.
Для решения задачи и обеспечения технического результата предлагается автоматическая система пожарной сигнализации и управления пожаротушением в подвижных транспортных средствах, включающая датчики, контролирующие пожароопасные параметры защищаемой среды, исполнительные средства пожаротушения, по крайней мере один блок контроля и индикации с дисплеем и соединенный с ним по крайней мере один блок контроля и управления, который в свою очередь дополнительно связан по крайней мере с одним локальным блоком контроля, и блок речевого оповещения. Причем каждый блок контроля и управления выполнен с возможностью самостоятельно принимать решение о запуске исполнительных средств пожаротушения независимо от блока контроля и индикации. При этом каждый блок контроля и индикации, блок контроля и управления, а также каждый локальный блок контроля выполнены с возможностью связи между ними по цифровым линиям связи, использующим интерфейс CAN, система дополнительно содержит по крайней мере один коммутатор интерфейсов CAN для передачи информации системе управления транспортным средством, при этом блок речевого оповещения размещен в корпусе блока контроля и индикации.
Система выполнена с возможностью функционирования как в автоматическом, так и в ручном режиме управления.
Количество блоков контроля и индикации соответствует количеству кабин машиниста в подвижном транспортном средстве.
Блок контроля и индикации выполнен с возможностью подключения к нему ЭВМ.
Количество блоков контроля и управления соответствует количеству защищаемых вагонов (секций) транспортного средства.
Количество локальных блоков контроля соответствует количеству зон контроля в вагоне (секции) транспортного средства.
Блок речевого оповещения выполнен с возможностью формирования и выдачи сообщений на радиостанцию и через динамик.
Система снабжена исполнительными средствами пожаротушения в количестве, обеспечивающем основную и резервную очередь тушения.
Для обеспечения возможности функционирования в ручном режиме система снабжена пультом ручного запуска исполнительных средств пожаротушения основной и резервной очереди.
Пульт ручного запуска исполнительных средств пожаротушения установлен на внешней стороне вагона или секции транспортного средства.
Система снабжена устройством автономного запуска исполнительных средств пожаротушения основной очереди.
Устройство автономного запуска включает преобразователь напряжения, по крайней мере, одно сигнально-пусковое устройство, связанное через реле блока контроля и управления с устройством питания постоянной готовности, которое в свою очередь связано через соответствующее реле блока контроля и управления с исполнительным средством пожаротушения.
Система выполнена с возможностью использования как цифровых, в том числе мультикритериальных цифровых датчиков, так и аналоговых датчиков, контролирующих пожароопасные параметры защищаемой среды.
Система выполнена с возможностью подключения к основному и резервному источникам питания.
Предложен также блок контроля и индикации для автоматической системы пожарной сигнализации и управления пожаротушением в подвижных транспортных средствах, содержащий корпус, в котором расположены модуль центрального процессора, связанный с дисплеем и модулями ввода-вывода для обмена информацией с компонентами системы и внешними устройствами, модуль индикации, клавиатурный модуль, зуммер, модуль сопряжения с радиостанцией, модуль хранения архива, модуль питания, включающий основной и резервный независимые вводы электропитания. Блок контроля и индикации выполнен с возможностью связи через модули ввода-вывода с блоками контроля и управления, а также с коммутатором интерфейсов CAN автоматической системы пожарной сигнализации и управления пожаротушением, по линиям связи, использующим интерфейс CAN, при этом в корпусе дополнительно размещен блок речевого оповещения и модуль расширения портов, связанные с модулем центрального процессора.
Блок речевого оповещения связан с модулем сопряжения с радиостанцией и с динамиком, расположенным в стенке корпуса блока контроля и индикации.
В корпусе блока контроля и индикации выполнен по крайней мере один разъем для подключения запоминающего устройства.
Дисплей блока контроля и индикации выполнен жидкокристаллическим и с возможностью подогрева.
Предлагаемая система предназначена для непрерывного функционирования как в режиме контроля за состоянием ситуации, так и в режиме автоматического или ручного управления средствами пожаротушения, при этом система способна определять и предупреждать о вероятности «пожароопасной ситуации». В системе может быть предусмотрено две очереди тушения - основанная и резервная.
Группа изобретений поясняется чертежами.
На Фиг. 1 представлена функциональная блок-схема автоматической системы пожарной сигнализации и управления пожаротушением в подвижных транспортных средствах на примере состава с одним промежуточным вагоном.
На Фиг. 2 приведена блок-схема блока контроля и индикации.
Автоматическая система пожарной сигнализации и управления пожаротушением в подвижных транспортных средствах содержит датчики, контролирующие пожароопасные параметры защищаемой среды, при этом в качестве датчиков 1 могут быть использованы цифровые, в том числе мультикритериальные цифровые датчики, выполненные с двумя или более каналами обнаружения пожара на разных принципах обнаружения или обнаружения пожара по разным его факторам (тепло, пламя, видимые продукты горения (дым), микрочастицы (аэрозоли), газы (углекислый газ, угарный газ, водород), аналоговые датчики, а также дымовые, тепловые цифровые и тепловые линейные датчики, комбинированные, ручные и другие; исполнительные средства пожаротушения 2 (ИСП), локальные блоки контроля 3 (ЛБК) в количестве от одного до «п» по количеству зон контроля, блоки контроля и управления 4 (БКУ), количество которых соответствует количеству защищаемых вагонов (головных 6 и промежуточных 7) или других элементов подвижного состава, как минимум один блок контроля и индикации 5 (БКИ), количество которых соответствует количеству кабин машиниста в головном вагоне 6 или в элементе подвижного состава другого вида транспортного средства. Система выполнена с возможностью контроля герметичности защищаемых отсеков, при этом к блокам ЛБК подключены концевые выключатели для извещения оператора об открытии дверей.
Каждый БКУ 4 контролирует состояние всех ЛБК 3, способен производить прием и функциональный анализ сигналов об обстановке в защищаемых отсеках, контроль и тестирование подключенных компонентов системы, а также выполнен с возможностью самостоятельно принимать решение о запуске исполнительных средств пожаротушения независимо от блока контроля и индикации, и выдавать команды на ЛБК 3 о запуске исполнительных средств пожаротушения 2. Каждый БКУ 4 может быть выполнен с возможностью занесения и хранения информации о событиях в энергонезависимую память.
Каждый БКИ 5 предназначен для отображения на дисплее и выдачи оператору (машинисту) всей поступающей от компонентов системы информации с определением видов событий, места их возникновения с указанием номеров вагонов и защищаемых отсеков, занесения и хранения информации о событиях в модуль хранения архива (энергонезависимую память), светового и звукового оповещения оператора о нештатной ситуации, а также управления процессом запуска исполнительных средств пожаротушения. При этом БКИ 5 способен производить контроль и тестирование всех компонентов системы. Блок контроля и индикации 5 содержит корпус 8, в котором расположены модуль центрального процессора 9, связанный с дисплеем 10 и модулями ввода-вывода 11 для обмена информацией с компонентами системы и внешними устройствами, модуль индикации 12, клавиатурный модуль 13, зуммер 14, модуль сопряжения с радиостанцией 15, модуль хранения архива 16, модуль питания 17, включающий основной и резервный независимые вводы электропитания. Блок контроля и индикации 5 выполнен с возможностью связи через модули ввода-вывода 11 с блоками контроля и управления 4, а также с коммутатором интерфейсов CAN (не показан) автоматической системы пожарной сигнализации и управления пожаротушением, по линиям связи, использующим интерфейс CAN, при этом в корпусе 8 дополнительно размещены связанные с модулем центрального процессора 9 блок речевого оповещения (БРО) 18 и модуль расширения портов 19, который состоит из нескольких микросхем (адресных регистров).
Дисплей 10 блока контроля и индикации 5 выполнен жидкокристаллическим и с возможностью подогрева для возможности надежного функционирования системы при низких температурах. Блок речевого оповещения 18 связан с модулем сопряжения с радиостанцией 15 и с динамиком (не показан), расположенным в стенке корпуса блока контроля и индикации 5. В корпусе 8 блока контроля и индикации 5 выполнен по крайней мере один разъем для подключения запоминающего устройства, например, USB-флэш-накопителя или карты памяти формата microSD, для возможности записи архива событий.
Для связи с внешними устройствами (компьютерами, приборами, исполнительным оборудованием) и информационного обмена с компонентами автоматической системы пожарной сигнализации и управления пожаротушением в подвижных транспортных средствах в блоке контроля и индикации 5 предусмотрены модули ввода-вывода 11, использующие интерфейсы связи, например, проводные: CAN, Ethernet, RS-485, USB OTG и беспроводные: WI-FI, Bluetooth, LTE GPRS, обеспечивающие обмен данными, связь с другими компонентами системы, а также возможность сбора данных и обслуживания системы.
Блок речевого оповещения 18 связан с модулем сопряжения с радиостанцией 15 и выполнен с возможностью передачи данных, а также формирования и выдачи сообщения как через радиостанцию, так и на динамик, размещенный в стенке корпуса БКИ 5 в кабине машиниста, при этом сообщение может быть также передано на подключенную к БКИ 5 электронно-вычислительную машину. Размещение блока речевого оповещения 18 в одном корпусе 8 с БКИ 5 повышает надежность системы за счет уменьшения количества отдельных блоков.
По существу БКИ является микрокомпьютерным устройством с возможностью легкой адаптации к новым требованиям и возможностью расширения функций.
Основные блоки системы соединяются между собой посредством линий связи, использующих интерфейс CAN, которые в случае с подвижным составом рельсового транспорта могут подразделяться на межвагонные и внутривагонные. Внутривагонная линия связи CAN выполнена, например, в виде четырехпроводной линии связи, и предназначена для передачи информации между БКУ и всеми подключенными к нему ЛБК. Межвагонная линия связи выполнена, например, в виде двухпроводной линии связи (экранированная витая пара) и предназначена для передачи информации между БКИ и всеми БКУ системы, а также между БКИ и связанными с ними коммутаторами интерфейсов CAN. Интерфейс CAN характеризуется протоколом, обеспечивающим передачу данных в реальном масштабе времени и коррекцию ошибок, обладающим высокой помехоустойчивостью.
В системе на каждой линии связи предусмотрен как минимум один поглотитель энергии (резистор - терминатор или согласованная нагрузка), сопротивление которого равно волновому сопротивлению данной линии. Резистор-терминатор может быть установлен в БКИ.
Предлагаемая система осуществляет автоматический контроль исправности цифровых линий связи, использующих интерфейс CAN, на пропадание связи, исправности линий связи исполнительных средств пожаротушения на обрыв и короткое замыкание, исправности шлейфа пожарной сигнализации на обрыв и короткое замыкание. Система автоматически обнаруживает новые блоки БКУ и БКИ при их подключении к межвагонной линии связи, использующей интерфейс CAN, и загружает конфигурацию блоков ЛБК. Для корректной работы системы адреса всех блоков в линии связи CAN должны быть уникальными. Система является восстанавливаемой, обслуживаемой, многофункциональной системой многоразового действия.
Кроме того, система включает пульт ручного запуска исполнительных средств пожаротушения основной и резервной очереди, который предпочтительно устанавливать на внешней стороне вагона. Питание на блоки системы подается от бортовой сети через преобразователь напряжения, подключаемый к блоку БКУ.
Предлагаемая система может быть дополнена устройством автономного запуска, состоящего из по крайней мере одного сигнально-пускового устройства, которое через реле блока контроля и управления связано с устройством питания постоянной готовности, которое в свою очередь, через соответствующее реле блока контроля и управления, связано с исполнительным средством пожаротушения, что обеспечивает возможность автоматического управления основной очередью исполнительных средств пожаротушения в автономном режиме. Кроме того, предлагаемая система может быть подключена через источник бесперебойного питания к основному и резервному (на фигуре не указаны) источникам питания. Система выполнена с возможностью отключения технологического оборудования транспортного средства перед срабатыванием ИСП.
Все блоки системы (БКИ, БКУ и ЛБК) выполнены с возможностью самодиагностики, результаты которой записываются в архив и при необходимости выводятся на экран БКИ, что позволяет своевременно выявлять и устранять неисправности.
Система работает следующим образом.
После включения питания и завершения тестов самодиагностики система переходит в один из 3 режимов, который задается конфигурацией:
1) Автоматический режим;
2) Ручной режим;
3) Автоматический режим с возможностью перехода в ручной режим.
В автоматическом режиме при возникновении пожара в какой-либо зоне транспортного средства сигнал о превышении порогового значения температуры воздуха в этой зоне фиксируется датчиками, например, мультикритериальными цифровыми датчиками 1 (по меньшей мере двумя), сигнал от датчиков поступает на локальный блок контроля 3, который передает его на блок контроля и управления 4. Последний передает сигнал на блок контроля и индикации 5 и на блок речевого оповещения, и начинает обратный отсчет на запуск ИСП 2 основной очереди. Блок контроля и индикации 5 сохраняет сообщение о пожаре в архив и/или передает его на ЭВМ. Блок речевого оповещения формирует сообщение о пожаре и передает его через радиостанцию на пульт диспетчера и/или через динамик, размещенный в стенке корпуса БКИ 5, машинисту. Если в течение 10 секунд от начала отсчета не менее двух датчиков 1 в зоне тушения продолжают фиксировать температуру воздуха выше порогового значения, а от БКИ 5 не поступает сообщений или дополнительной команды, то БКУ 4 самостоятельно выдает команду на запуск основной очереди ИСП 2 в зоне контроля. При этом при возникновении аварийной или иной ситуации, например, когда произошел отрыв головного вагона 6, то блок контроля и управления 4 также самостоятельно принимает решение о запуске исполнительных средств пожаротушения и выдает команду на ЛБК 3 о запуске исполнительных средств пожаротушения 2.
По полученной команде ЛБК 3 зоны контроля производит запуск основной очереди ИСП 2 подачей импульса (сигнала). После этого ЛБК 3 проводит мониторинг состояния активаторов ИСП 2 и передает на БКУ 4 информационное сообщение о подтверждении (или не подтверждении) пуска ИСП 2. Если пуск ИСП 2 подтвержден, то БКУ 4 ожидает сообщений об изменении температурного режима в зоне тушения. При отсутствии сообщений от ЛБК 3 об изменении температурного режима в зоне тушения или при наличии на момент окончания времени ожидания результата тушения двух и более датчиков 1 температуры, фиксирующих превышение порогового значения температуры, происходит активация ИСП 2 резервной очереди в зоне тушения.
Кроме того при функционировании системы в автоматическом режиме возможен автономный запуск основной очереди ИСП 2.
В ручном режиме решение о тушении пожара принимает оператор при получении информации через БКИ.
В автоматическом режиме с возможностью перехода в ручной система позволяет оператору остановить обратный отсчет запуска средств пожаротушения и вручную произвести пуск. Также возможен переход из автоматического режима в ручной или обратно. Переход из ручного режима в автоматический при и после пожароопасной ситуации невозможен (до отключения питания).
Предлагаемая система успешно прошла испытания в соответствии с ГОСТ 15.201-2000 «Система разработки и постановки продукции на производство» и ОСТ 32.181-2001 «Порядок заказа, разработки, постановки на производство, проведение испытаний и утилизации железнодорожной техники», а также проверку работоспособности системы в автоматическом и ручном режимах функционирования, и показала 100% срабатывание. При этом результаты проверки огнетушащей способности показали, что система обеспечивает тушение пожара без использования резервной очереди ИСП.
Предлагаемая автоматическая система пожарной сигнализации и управления пожаротушением в подвижных транспортных средствах является одной из самых надежных систем данного вида, она обеспечивает стабильную работу даже в самых экстремальных условиях, а так же при частичном повреждении межблочных связей. Система является надежной и гибкой. В системе предусмотрена возможность анализа причин пожара, снижена вероятность ложных срабатываний, обеспечено информирование оператора о возможном пожаре.