ОПС - охранно-пожарная сигнализация в современных реалиях состоит из следующих основных элементов:
- Датчики
- Контроллеры и приемо-контрольные приборы
- Исполнительные устройства
- Устройства передачи данных, Преобразователи интерфейсов
- Источники бесперебойного (гарантированного) питания
- Серверы баз данных и ПО
Датчики ОПС
Датчики охранно-пожарной сигнализации передают контроллеру сигнал тревоги или предупреждения. Сигнал тревоги формируется путем преобразования какого-либо физического воздействия в электрический сигнал. К примеру, инфракрасный датчик преобразует тепловое излучение в электрический заряд, который, в свою очередь, открывает затвор полевого транзистора, тем самым подавая сигнал на микроконтроллер или схему управления. Микроконтроллер анализирует полученный сигнал и дает команду исполнительному устройству - реле или блоку передачи сообщений. Подробнее о работе датчиков можно узнать в моих статьях:
Магнитоконтактные датчики, Инфракрасные датчики, Акустические датчики, Дымовые пожарные датчики, Тепловые пожарные датчики
Контроллеры и приемо-контрольные приборы
Передача состояния датчика может происходить различными способами:
- В безадресных (шлейфовых) системах путем разрыва или изменения конечного сопротивления шлейфа.
- В адресных системах путем передачи на контроллер сообщения в цифровом виде
Тем самым выделяют несколько типов контроллеров и приемо-контрольных приборов
Контроллеры ОПС с шлейфовыми входами
Шлейфовые контроллеры являются самыми распространёнными. Принцип их работы основан на измерении контроллером или приемо-контрольным прибором электрических параметров цепи (шлейфа).
Каждый шлейф при включенном приборе имеет определенное напряжение. Его значение можно найти в инструкции, измерить мультиметром или увидеть в программе (если это предусмотрено производителем). Значение напряжения и тока шлейфа измеряется микропроцессором. Производителем присвоены шлейфам различные типы, в которых различным значениям напряжения и тока шлейфа присваивается, те или иные состояния шлейфа: "Норма", "Тревога", "Пожар" и т.д.
К примеру, для контроллеров фирмы "Болид" шлейф будет находится в дежурном режиме при значениях его сопротивлений от 2.2 до 10 кОм, напряжение на клеммах шлейфа, при этом, будут в интервале от 19 до 24 В, в зависимости от тока потребления датчиков и их количества. Данное значение сопротивления шлейфа устанавливается оконечным резистором.
Для заметки - Оконечный резистор называется так, потому что, он устанавливается в конце шлейфа. Это необходимо, чтобы злоумышленник не смог исключить, какой-либо, датчик из цепи сигнализации.
Тревожный, же режим, установится на шлейфе при его размыкании или изменения сопротивления шлейфа выше или ниже интервала 2.2 - 10 кОм. В нашем примере, в случае размыкания шлейфа, напряжение на его клеммах будет равно 27В, ток будет равен 0.
Шлейфовые системы значительно дешевле адресных их легко проверять, но они имеют определенный недостаток - при подключении в шлейф большого количества датчиков, при неисправности одного, придется проверять все датчики шлейфа, так же и при "тревоге" - не понятно какой датчик сигнализирует неисправность.
Контроллеры ОПС адресные (цифровые)
В адресных системах все датчики подключаются в одну двухпроводную линию. Каждому датчику присваивается свой системный номер (обычно от 1 до 127). Датчик в своем конструктиве имеет микропроцессор, который анализирует его состояние.
Контроллер с частотой в определенное время посылает запросы подключенным датчикам. Датчики посылают ответ на каждый такой запрос, в котором содержится его адрес, определенная системная информация и состояние самого датчика.
Адресная система позволяет легко найти неисправность и определить какой датчик сработал. Но стоимость системы выше чем у аналоговой.
Исполнительные устройства
С помощью датчиков мы анализируем обстановку на объекте. И при сработке какого-либо из датчиков, нам необходимо как-то на это среагировать. Для реакции на "тревожное" состояние используются исполнительные устройства.
Большинство из них построена с применением реле (Подробно об устройстве и принципе работы реле описано в этой статье). Реле может быть реализовано. как отдельный блок или встроено в контроллер или приемо-контрольный прибор. Эти реле называются выходами прибора.
Одна из основных характеристик реле - это ток, который оно может коммутировать, т.е. переключать цепь, по которой проходит ток с указанными параметрами.
Как раз цепи, которые проходят через реле приборов ОПС и связаны с исполнительными устройствами - через эти цепи проходит питание исполнительных устройств. Реле просто отключает и подает питание.
К исполнительным устройствам относятся множество приборов. Из самых простых - это сигнальная лампа и сирена. Так же через реле подключаются и электроприводы для ворот или задвижек вентиляции, оповещение о пожаре и многое другое.
Устройства передачи данных. Конвертеры интерфейса
Каким образом общаются между собой датчики и контроллеры, я описал выше, теперь необходимо проговорить, как связаны между собой сами приемо-контрольные приборы, контроллеры.
Связь между контроллерами и приборами. Интерфейс RS485
В проводных ОПС для организации связи между ПКП, контроллерами или иными блоками используется двухпроводная линия со стандартом передачи данных RS485. Клеммы этой линии на платах приборов обозначаются буквами А (+) и В(-). Вкратце, данный стандарт передает сигнал по одному проводу, а по другому его отображение. Вследствие этого уменьшается влияние помех на сигнал.
Для подключения к линии RS485 используется витая пара - два скрученных между собой проводника. Скрутка необходима для нейтрализации электрического поля, тем самым происходит борьба с помехами и искажением сигнала.
Для борьбы с отраженным сигналом в линии предусмотрен согласующий резистор, он ставится в конце линии. По причине влияния отраженных сигналов, не рекомендуется соединять приборы в линии RS 485 звездой. При масштабировании системы топология "звезда" может принести проблемы со связью.
Длина линии RS485 без ретрансляторов сигнала может доходить до 1200 м, при условии подбора кабеля с необходимыми характеристиками. На практике длина линии намного меньше.
Каждый прибор в линии RS485 имеет свой собственный адрес. Обычно, чтобы система была стабильна, используют 127 адресов в одной линии.
Конвертеры интерфейса
Если требуется соединить контроллеры или приборы, находящееся на значительном удалении друг от друга, то одной линией RS485 уже не обойтись.
Нужны либо повторители сигнала или конверторы интерфейса.
Конвертеры интерфейса разбивают информацию полученную по линии RS485 на части и упаковывают в блоки того стандарта, в который конвертируется сигнал.
На рисунке ниже приведен пример с конвертером интерфейса RS485 в Ethernet.
Конвертер имеет свою IP адресацию. Информационные биты потока RS485, упаковываются в кадр Ethernet. Затем этот кадр направляется не коммутационное оборудование, далее она маршрутизируется в локальной сети или глобальной (интернет) до IP адреса получателя, т.е. до другого конвертера интерфейса. В нем происходит обратный процесс распаковки сообщения.
Блоки гарантированного (резервного) питания
Электропитание системы ОПС является критически важным элементом безопасности. Время работы охранной системы определяется владельцем системы, а вот к времени работы пожарной сигнализации, при отключении основной линии питания, строго регламентировано (Свод правил - СП 6.13130–2021).
Резервирование питания может быть построено различными способами:
- Автоматический ввод резерва (АВР) - если на объекте предусмотрены несколько различных, не связанных ввода питания.
- Источники бесперебойного питания - устройства обеспечивающие подачу питания переменного тока
- Гарантированные источники питания постоянного тока
Автоматический ввод резерва (АВР)
Для реализации автоматического ввода резерва на объекте должно быть несколько независимых источников переменного тока 220/380В. Схема АВР использует несколько контакторов - разновидность реле. В более совершенных схемах, добавляются реле фаз и иное оборудование.
Рассмотрим простой вариант из двух контакторов, рисунок ниже. В исходном состоянии входные и выходные клеммы Контактора № 1 находятся в замкнутом состоянии и проводят ток от автомата QF1 до Нагрузки. При этом, этот же ток протекает через электромагнитную катушку контактора №2, притягивая якорь контактора и разъединяя контакты входа и выхода контактора №2, ток от автомата QF2 не идет на нагрузку.
При отключении питания на линии автомата QF1, ток перестает течь в электромагнитной катушке контактора №2, пружина механизма контактора возвращает якорь контактора в исходное положение, замыкая контакты входа и выхода контактора №2, ток линии QF2 начинает идти на нагрузку и электромагнитную катушку контактора №1, тем самым размыкая его контакты входа и выхода для предотвращения подачи питания от линии QF1.
Схема АВР имеет определенные недостатки - один из них это время на переключение контактов, некоторые приборы очень чувствительны к этому.
Источники бесперебойного питания (ИБП)
Под источниками бесперебойного питания подразумевают приборы, которые способны выдавать переменное напряжение, при отключении сети питания.
Схема ИБС с двойным преобразованием (on-line) представлена на рисунке ниже. В таких ИБП переменный ток преобразуется в постоянный, который заряжает внутренние батареи, а затем преобразуется обратно в переменный. Данный вид ИБП не имеет задержки на переключение при потере питания на вводе, поэтому, все чаще, используется в системах ОПС.
Гарантированные источники питания постоянного тока
Такие источники питания преобразуют переменный ток в постоянный, необходимого, для работы приборов ОПС, номинала. В конструкции, так же, предусмотрены АКБ. В зависимости от производителя, конструкции и назначения применяются АКБ 12В различной емкости от 1,2 до 17 А/ч. АКБ могут подключаться параллельно или последовательно, если требуется напряжение 24В и выше.
Современные источники питания могут передавать информацию о заряде АКБ и электрических параметрах, для этого в них встраивают интерфейс RS485. Так же сигнализировать неисправность возможно через блоки реле, которые можно соединить с входом охранного прибора.
Серверы и клиентское ПО
Крупные производители оборудования ОПС создают свои программные продукты, т.к. большое количество объектов, приборов и датчиков требуют среды мониторинга, конфигурирования и хранения информации.
Программа управления и конфигурирования ОПС разворачивается на Серверном оборудовании, которое в отличии обычного пользовательского "железа", состоит из более лучших и надежных компонентов, имеет несколько блоков питания, массив из твердотельных накопителей, который может осуществлять резервное копирование информации.
ПО устанавливается на распространённых операционных системах Windows или Linux, в своем составе имеет блок связи, который опрашивает приборы ОПС и передает полученную информацию в Базу данных и блок конфигурирования.
В базе данных хранится, как текущая конфигурация, так и ведется список всех сообщений системы.
Блок конфигурирования позволяет запрограммировать оборудования согласно требований пользователя, реализовывать различные сценарии реагирования.
Графический интерфейс позволяет удобно выполнять задачи конфигурирования и производить мониторинг системы.