Беспроводные технологии в современных системах автоматического пожаротушения.

 


Зачастую современные технические средства не позволяют реализовать процесс тушения пожара полностью в автоматическом режиме. Почему же в понятие автоматического управления процессом тушения изначально заложен человеческий фактор?


Отвечая на поставленный в преамбуле вопрос, многие скажут, что только человек способен оценить все факторы пожара на месте и предпринять необходимые действия для его ликвидации. И они будут правы! Автоматика рассчитана на работу в весьма общих, заранее спрогнозированных ситуациях, и очень часто она просто не в состоянии противостоять всем особенностям развития и распространения каждого конкретного пожара.

Возникает следующий вопрос – почему? Почему современные наукоемкие технические средства не способны самостоятельно выполнить поставленную перед ними задачу, но вполне справляются с ней при участии человека? Попробуем ответить с позиции теории автоматического регулирования (ТАР).


Основные определения

 

Самые давние упоминания об автоматических устройствах датированы второй половиной I века н.э. Они были обнаружены в работах греческого математика Герона Александрийского. На протяжении всей последующей истории современной цивилизации ученые постоянно работали над совершенствованием этой области знаний, призванной оптимизировать самые разнообразные направления человеческой деятельности.

К началу XX века консолидированным результатом этих усилий стало формирование теории автоматического регулирования (ТАР). Появление такой теории как отдельно стоящей научной дисциплины позволило обозначить базовые методы исследования устойчивости и качества регулирования систем управления, а также дать некоторые основополагающие понятия и определения, многие из которых используются и сегодня.

 

    Автоматика – отрасль науки и техники, охватывающая теорию и практику автоматического управления, а также принципы построения автоматических систем и образующих их технических средств.


    Объект управления (ОУ) – система, в которой происходит подлежащий управлению процесс. Взаимодействие с ОУ происходит через входы (которые являются причинами появления процессов в ОУ) и выходы (которые являются процессами-следствиями).


    Управление – процесс на входе объекта управления, обеспечивающий такое протекание процессов на выходе объекта управления, которое позволяет достичь заданной цели управления.


    Регулирование – частный случай управления, цель которого заключается в поддержании на заданном уровне одного или нескольких выходов объекта управления.


    Устройство управления (регулятор) – совокупность устройств, с помощью которых осуществляется управление входами объекта управления.


    Цель – желаемое поведение процессов на выходе объекта управления.


    Обратная связь – процесс, приводящий к тому, что результат функционирования какой-либо системы влияет на параметры, от которых зависит функционирование этой системы.

 

Алгоритм работы пожарной автоматики

 

Любая система автоматического управления (САУ) включает в себя объект управления и устройство управления. В общем случае структурная схема САУ показана на рис. 1.

 


Объект управления принципиально отличается от остальных элементов САУ тем, что он обычно задан и при разработке системы управления не может быть изменен, тогда как все остальные элементы выбираются специально для решения конкретной задачи управления.

По большому счету процесс автоматического пожаротушения, очевидно, должен осуществляться сообразно теории автоматического регулирования и соответствовать структурной схеме, приведенной на рис. 1.
Бурное развитие технологий постепенно освобождает радиоканальные системы связи от "детских болезней" – повышается надежность передачи информации и обеспечивается ее достоверность. Можно с уверенностью сказать, что современные средства беспроводной коммуникации обеспечивают уровень управления ничуть не ниже проводных систем

Нет ничего сложного в том, чтобы провести соответствующую идентификацию структурных элементов:

 

    Х вых. – контролируемые параметры среды (опасные факторы пожара (ОФП);


    Х вх. – заданные параметры среды (ОФП отсутствуют);


    возмущающее воздействие – пожар;


    регулятор – автоматическая установка пожаротушения (АУПТ);


    ОС – контроль результата работы системы.

 

Правда, в реальной ситуации такая структурная схема приобретает несколько странный вид. Дело в том, что на практике функцию ОС выполняют не элементы автоматической системы противопожарной защиты объекта, а бойцы пожарных подразделений. Зачастую только они, прибыв к месту возникновения пожара, могут констатировать факт успешной работы АУПТ либо в обратном случае приступить к непосредственному тушению пожара (рис. 2).

 

 


Попробуем разобрать эту ситуацию с позиции ТАР.

 

Любая автоматическая система работает по тому алгоритму, который заложил в нее человек. В системах пожарной автоматики это правило подтверждается абсолютно – как сделан прогноз, так он и будет реализован!

 

В отличие от уже заложенного алгоритма работы системы тушения бойцы пожарных подразделений видят результат своих усилий в каждый момент процесса борьбы с огнем и могут корректировать воздействие, то есть осуществлять обратную связь между получаемым результатом и уровнем его регулирования.

 

И такая ситуация будет сохраняться до тех пор, пока системы автоматического пожаротушения не начнут работать подобным образом – взаимодействовать с окружающей средой сообразно постоянно меняющемуся потоку получаемых данных.

 

Первым шагом в сторону подобного взаимодействия должна быть замена традиционных жестких структур передачи и обработки данных на структуры пространственного и прямого взаимодействия.
Традиционные структуры управления АУПТ

 

Общим местом для всех традиционных систем автоматического пожаротушения является наличие некоторого первичного преобразователя одного или нескольких контролируемых факторов пожара в сигнал управления определенного вида. Как правило, эту функцию выполняет пожарный извещатель (ПИ), способный реагировать на изменение параметров температуры, задымленности и прочих факторов. По организованным (контролируемым) линиям связи сигнал от ПИ поступает на прибор приемно-контрольный пожарный (ППКП). Последний отображает информацию о срабатывании и определяет зону размещения или персональный адрес ПИ, сообщившего о превышении критических значений. Так определяется место возникновения очага. Далее ППКП формирует новый сигнал – на управление технологическим оборудованием и системой пожаротушения. И именно этот управляющий импульс воспринимается пожарным прибором управления (ППУ), который, в свою очередь, и включает задвижки, пиропатроны или иные исполнительные устройства.

 

Главная проблема состоит не в аппаратной реализации АУПТ, а в грамотной разработке алгоритма взаимодействия всех компонентов в случае пожара. Инженер проектной организации должен решать целый комплекс вопросов по построению системы противопожарной защиты, и сигнал о пожаре – не более чем просто исходные данные. Эти данные требуется каким-то образом использовать для управления другими подсистемами: дымоудаления, вентиляции, пожаротушения, эвакуации и т.д.

 

Очевидно, что предусмотреть и формализовать все варианты развития событий невозможно. Да и чисто технически организовать проводную сеть взаимодействия таким образом, чтобы при срабатывании любых пожарных извещателей формировались соответствующие управляющие воздействия, можно только теоретически! А на практике, не имея возможности динамического анализа изменений контролируемых параметров среды (то есть обратной связи!), принять верное решение просто нереально! Даже в случае предварительного математического моделирования пожара и выработки конкретного алгоритма взаимодействия подсистем безопасности высока вероятность ошибки. А ошибка в ситуации пожара практически всегда становится фатальной!


Беспроводное взаимодействие

 

Базовым свойством беспроводных систем можно считать то, что сигналы общающихся между собой устройств присутствуют в эфире повсеместно и не ограничены токопроводящими жилами кабелей контроля и управления. Именно этим свойством обусловлено главное преимущество такого рода систем – возможность создания единого информационного пространства взаимодействия компонентов. Звучит удивительно, но эта уникальная особенность беспроводных технологий в данный момент практически не используется в автоматических системах пожаротушения.

 

Признание и внедрение беспроводных устройств в этой области происходит очень медленно. Хотя уже сегодня можно говорить о том, что количество негативных моментов при использовании проводной связи существенно превысило уровень пессимизма по отношению к радиоканальным системам.

 

Недостатки кабельных линий


Очевидные недостатки кабельных линий в системах пожарной безопасности можно условно разбить на несколько общих групп:

 

   --  растущая сложность проектных решений – увеличение числа соединений и общей длины силовых и сигнальных линий связи;


    -- наличие наведенных помех на длинных проводных линиях – сбои в работе систем безопасности;


    -- рост стоимости кабельной продукции – обоснован не только повышением цены на медь, но и появлением абсолютно законных требований по устойчивости кабеля к воздействию опасных факторов пожара (ОФП);


    -- повышение требований к квалификации специалистов монтажных и проектных организаций – продиктовано усложнением аппаратуры управления и расширением ее функциональных возможностей.

 

В то же время бурное развитие технологий постепенно освобождает радиоканальные системы связи от "детских болезней" – повышается надежность передачи информации и обеспечивается ее достоверность. Можно с уверенностью сказать, что современные средства беспроводной коммуникации обеспечивают уровень управления ничуть не ниже проводных систем. Но основной проблемой по-прежнему остается жесткая логика управления АУПТ, формируемая на основании прогноза возникновения и развития пожара!


Для примера рассмотрим наиболее близкую к решению такой задачи спринклерную систему пожаротушения. Это фактически единственная система тушения, самостоятельно выполняющая совмещение мест возникновения пожара и подачи огнетушащего вещества (ОТВ), то есть реально взаимодействующая с окружающей средой. Вскрытие оросителя производится непосредственно в зоне очага при росте температуры.

Равно как сам принцип работы, широко известны и недостатки спринклерных систем пожаротушения. Основным из них можно считать невозможность одновременного вскрытия группы оросителей на площади, заведомо превышающей площадь пожара! В ряде случаев спринклер вскроется после того, как фронт пламени переместится за зону тушения. Не вдаваясь в технические подробности, скажем, что устранение этого недостатка могло бы существенно повлиять на эффективность работы такой системы.

Попытки решить задачу путем создания управляемых по проводам оросителей, на которые подается команда вскрытия, не дают принципиальных преимуществ. Необходимую логику их срабатывания предсказать и запрограммировать невозможно! Для этого требуется оборудование, имеющее хотя бы минимальную способность к принятию самостоятельных решений. В случае с централизованной системой управления реализовать данное свойство можно, пожалуй, лишь путем создания "искусственного интеллекта". Вряд ли такой "творческий" подход устроит конечного потребителя. Другое дело – обеспечить самостоятельное взаимодействие каждого из оросителей с тепловым полем пожара без проводов и без центрального управляющего прибора.
Единое информационное поле – эффективное тушение

Сам же пожар представляет собой явление многофакторное. Возникая и распространяясь по известным законам, первоначальное возгорание может предложить бесконечное множество вариантов дальнейшего развития событий, предусмотреть которые просто невозможно. Современная пожарная наука оперирует огромными массивами данных, пытаясь повысить достоверность прогноза возникновения и развития пожара. Именно эта информация помогает определить необходимое воздействие в каждом конкретном случае… Но чем больше исследований проводится, тем большим числом результатов приходится оперировать. И процесс познания в этой области бесконечен!

Сегодня можно со стопроцентной уверенностью сказать, что такие сложные задачи не решить без единого информационного поля взаимодействия, создавать которое позволяют лишь беспроводные системы передачи данных.

В настоящий момент Группа компани «ЭТЕРНИС» является единственным российским производителем беспроводногопротивопожарного оборудования, позволяющего решать описанные выше задачи. Электронные устройства серии «Гарант-Р» дают возможность строить гибкие автоматизированные комплексы обнаружения, локализации и тушения возгораний. Более того беспроводные компоненты «Гарант-Р» позволяют организовать работу сти, таких как системы дымоудаления, оповещения персонала и т.п.
Основными конкурентными преимуществами автоматических систем пожаротушения на базе оборудования «Гарант-Р» относительно аналогичных проводных систем можно назвать:

 

• отсутствие ложных срабатываний по причине наводок на линиях пуска;


• сокращение материальных и временных затрат заказчика;


• простоту проектирования и монтажа;


• простоту технического обслуживания.

 

Другой уникальной особенностью модульных систем пожаротушения, использующих беспроводные компоненты компании«Этернис», является интеллектуальность комплексов пожарной защиты, позволяющая практически полностью исключить участие человека в процессе работы систем пожарной безопасности. Блок обработки сигналов «БОС», смонтированный на модуль порошкового пожаротушения или модуль пожаротушения тонкораспыленной водой, превращает последний в самостоятельную установку пожаротушения. Каждая такая установка (модуль пожаротушения + «БОС») взаимодействует с соседними аналогичными установками пожаротушения, а также с ретрансляционными, отображающими и управляющими компонентами системы. Каждый блок обработки сигналов «БОС» представляет собой энергонезависимое микропроцессорное устройство с двумя температурными извещателями. Обмен информацией с внешними компонентами системы осуществляется посредством радиоканала с рабочей частотой 2.4 ГГц. Питание «БОС» осуществляется от встроенного источника энергии со сроком службы более 5 лет. Такие высокие показатели энергосбережения были достигнуты путем использования режима «сна» или т.н. дежурного режима. Каждый блок «БОС» в своем нормальном рабочем состоянии практически всегда находится в спящем режиме. Включение, замер температуры окружающей среды и обмен информацией с остальными компонентами беспроводной системы пожаротушения происходит один раз через каждые 18 секунд.


В случае когда блок «БОС» обнаруживает рост температуры превышающий 64°С, он переходит в режим тревоги и только тогда начинает работать непрерывно, осуществляя контроль температуры и постоянный обмен информацией с системой. Далее, когда температура на датчиках одного из блоков «БОС» превысит 76°С, это устройство начинает процесс формирования пускового импульса для подконтрольного
ему модуля пожаротушения. Причем интересно, что этот же блок «БОС» отдает команду на формирование пусковых импульсов всем остальным «перегретым» блокам «БОС».

 

 

Таким образом, тушение очагов возгораний произойдет только в тех локациях, где изначально был зафиксирован рост температуры. Этот инновационный подход позволил освободиться от привязки к некоему центральному контрольному
пусковому устройству, а также избежать необходимости тушения по зонам, что существенно минимизирует косвенный ущерб после ликвидации возгораний. Если же говорить об участии человека в работе системы «Гарант-Р», то оно фактически сведено к минимуму. Дежурный может осуществить немедленный дистанционный пуск всех модулей, на которых блоки «БОС» перешли в тревожный режим (более 64°С). Либо наоборот – дать команду на запрет пуска, используя 30-секундную задержку после достижения одним из «БОС» критического температурного значения (76°С). Во всех остальных случаях система будет функционировать в автоматическом режиме согласно запрограммированным алгоритмам. В том числе речь идет и о взаимодействиях системы со всем сопутствующим оборудование.

 

А.М. Мацук
Заместитель генерального директора
ГК "ЭТЕРНИС" по науке

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #6, 2011

Наши партнеры
  • Гарант
  • ТД Тинко
  • Луис+
  • ТМ
  • ИД Безопасность