Перейти на Sec.Ru
Рейтинг@Mail.ru

16 ноября 2012

Уникальные пожарные извещатели

Статья опубликована в журнале "Системы безопасности" #3, 2012

Использование революционных технологий обусловило возможность разработки пожарных извещателей, реализующих новые принципы обнаружения пожароопасной обстановки

Хорошо известно, что чем раньше обеспечивается обнаружение загорания, тем меньше угроза жизни людей и материальный ущерб. Применение высокоэффективных пожарных детекторов часто позволяет исключить развитие пожароопасной ситуации по предварительному сигналу "Внимание", без проведения эвакуации. Этот сигнал "Внимание" не следует путать с сигналом "Пожар" от порогового извещателя -- несмотря на высокую вероятность ложного срабатывания, очаг пожара в традиционной системе обнаруживается на таком этапе, что времени на перезапросы и подтверждения другими извещателями уже нет.

Уникальность пожарных детекторов, представленных в этой статье, заключается в обеспечении более раннего обнаружения загорания с одновременным снижением вероятности ложного срабатывания. Причем решаются проблемы защиты сложных объектов, например высоких (атриумы, стадионы, зрительные залы) или протяженных на несколько километров (авто- и железнодорожные тоннели, горные разработки и шахты, технологические установки типа нефти- и газодобывающих комплексов и т.д.).

FLAMEVision от ADT/Tyco

Одним из уникальных пожарных извещателей можно назвать извещатель пламени инфракрасного диапазона FLAMEVision, созданный на основе инновационной разработки компании ADT/Tyco. В нем реализован принцип дискретного контроля защищаемой площади посредством формирования множества лучей, что обеспечивает устранение основных недостатков, присущих традиционным извещателям пламени.

Современные извещатели пламени имеют довольно высокую чувствительность и соответственно большую дальность действия и значительную защищаемую площадь. Однако эти очевидные преимущества по сравнению с точечными дымовыми и тепловыми извещателями определяют и их недостатки:

  • отсутствие информации о месте расположения очага, о появлении других очагов и об их размерах;
  • существенное изменение чувствительности извещателя в различных частях защищаемой площади;
  • ложные срабатывания от технологических установок, использующих источники открытого огня (например, факелы от сжигания попутного газа на площадках добычи нефти, электрогазосварочные площадки, открытый огонь при производстве стекольной продукции и т.д.).
Уникальные возможности

Недостатки, перечисленные выше и не только, полностью устранены в извещателе пламени FLAMEVision (рис. 1) посредством использования матрицы из 256 узконаправленных ИК-сенсоров, образующих прямоугольную зону обнаружения в виде решетки 16х16 дискретов с раскрывом 90 град. в горизонтальной плоскости и 80 град. - в вертикальной.

Рис. 1 Взрывобезопасный многолучевой извещатель пламени на кронштейне

За счет этого обеспечивается разрешение до 4 очагов открытого огня с определением их интенсивности в реальном масштабе времени (рис. 2). Установление координат очагов позволяет обеспечить их тушение в автоматическом режиме с максимальной оперативностью, контролировать процесс тушения и следить за появлением новых очагов при пожаре. Выпускается версия со встроенной видеокамерой, при этом на дисплее рамкой выделяется место обнаружения очага.

Рис. 2 Наглядное отображение расположения очагов и изменения
их интенсивности в реальном масштабе времени

С другой стороны, высокое разрешение в пределах контролируемой площади позволяет блокировать зону, где присутствует технологический участок с открытым огнем, не снижая чувствительность в других зонах. Кроме того, разделение контролируемой площади на 256 участков посредством использования 256 сенсоров ИК-излучения дало возможность выровнять чувствительность по площади, обеспечить ее высокий уровень и быстрое время реакции (табл. 1) при обнаружении очагов различного вида.

Табл. 1 Дальность обнаружения очагов извещателем FLAMEVision

Вид очага

Размер, м2

Расстояние, м

Время реакции, с

Гептан

0,1

50

9

Гептан

0,1

61

11

Гептан

0,2

61

7

Бензин

0,1

55

9

Авиационное топливо (JP5)

0,4

61

9

Алкоголь, метиловый спирт

0,1

35

11

Дизель

0,1

30

11

Дизель

0,4

50

7

Метан

высота факела 0,76 м

24

18

 

Точность и контроль работоспособности

При разработке извещателя FLAMEVision было уделено много внимания различным способам защиты от ложных срабатываний и обеспечению контроля параметров в процессе эксплуатации. Для исключения влияния солнечной засветки при работе в ИК-диапазоне была выбрана длина волны 4,3 мк, поскольку в диапазоне 3,8-4,8 мк поглощение максимально из-за наличия в атмосфере двуокиси углерода СО2.

Рис. 3 Передняя панель извещателя
1 - тестовые лампы;
2 - детектор видимого излучения;
3 - матрица из 256 ИК-сенсоров;
4 - CCTV-камера;
5 - ИК-приемник;
6 - красный светодиод "Пожар";
7 - желтый светодиод "Неисправность"

На рис. 3 показана лицевая панель извещателя FLAMEVision. Левое окно, за которым размещена матрица из 256 ИК-сенсоров, выполнено из сапфирового стекла для обеспечения высоких механических характеристик и имеет подогрев для исключения появления конденсата. В верхней части расположены тестовые лампы с рефлектором и детектор видимого излучения, которые используются для контроля уровня загрязнения окна. Кроме того, этот детектор производит измерение уровня засветки для анализа окружающей обстановки. В правом окне, выполненном из закаленного стекла, расположена CCTV-камера, ИК-приемник, красный светодиодный индикатор режима "Пожар" и желтый светодиодный индикатор "Неисправность".

В результате проведенных исследований и реализации сложных алгоритмов обработки информации стало возможным полностью исключить влияние солнечного света, автомобильных фар с галогенными лампами, горящей сигареты. Не вызывает ложных срабатываний на расстоянии 4 м от извещателя электрическая дуговая сварка со стержнем диаметром 2,5 мм и ксеноновые автомобильные фары, на расстоянии 2 м - две кварцевые галогенные лампы по 500 Вт, на расстоянии 1 м - импульсно-дуговая сварка MIG, тепловентилятор мощностью 2 кВт, ИК-нагреватель мощностью 4,8 кВт.

В извещателе имеются релейные выходы сигналов "Пожар" и "Неисправность", нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты 2 А при 30 В. По выходу 4-20 мА дежурный режим передается током 4,5 мА, сигнал "Предтревога" - 11,5 мА, сигнал "Пожар" - 17 мА, загрязнение окна - 2 мА и сигнал "Неисправность" - 0 мА. Сетевой интерфейс MODBUS позволяет подключить к контроллеру по протоколу RS-485 до 32 извещателей. Выход видеосигнала - витая пара, доступны форматы PAL или NTSC.

Защищенность

Корпус из нержавеющей стали обеспечивает степень защиты оболочки IP67 и высокий уровень экранирования. На извещатель FLAMEVision не оказывают влияние радиочастотные помехи при напряженности поля 10 В/м в диапазоне от 80 МГц до 2 ГГЦ и при напряженности поля 30 В/м в поддиапазонах 415-466 и 890-960 МГц. Диапазон рабочих температур для извещателей без камеры: от -40 до +80 °C, с видеокамерой от -10 до +55 °C. Извещатель выдерживает максимальную температуру +120 °C в течение 10 мин.

Область применения

Извещатель FLAMEVision выпускается во взрывобезопасном исполнении, что значительно расширяет область его применения. Маркировка взрывозащиты EExe ia IIC T5 позволяет его устанавливать практически в любой взрывоопасной зоне. Первоначально извещатель FLAMEVision разрабатывался для обеспечения пожарной защиты морских нефтедобывающих платформ, что объясняет высокий уровень проработки технических решений и максимальную защиту от воздействия внешних факторов.

OSID от Xtralis

Уникальный пожарный извещатель OSID разработан для защиты открытых пространств и тоже использует принцип распределения лучей в пространстве.

Хорошо известны недостатки линейных дымовых пожарных извещателей, которые в настоящее время применяются для защиты высоких и протяженных помещений. Узкая диаграмма излучателя и приемника определяет необходимость выполнения трудоемкой процедуры юстировки и установки только на капитальные конструкции здания. Кроме того, линейный дымовой извещатель формирует ложные сигналы "Пожар" при появлении в зоне луча пыли, пара или аэрозолей, птиц, насекомых и т.д., а также при перекрытии луча, например, кран-балкой. К недостаткам линейного извещателя можно отнести и контроль только одного луча, и ограничение протяженности контролируемой зоны, как правило, до 100 м.

Уникальные возможности

Упомянутые недостатки устранены при использовании технологии многолучевого двухдиапазонного обнаружения дыма, специально разработанного для защиты открытых пространств, в английской транскрипции - OSID (Open Area Smoke Imaging Detection). Принцип действия этого пожарного извещателя основывается на использовании CMOS-камеры, благодаря чему обеспечивается разрешение сигналов от нескольких источников излучения (максимально от 7) в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазоне. На мониторе источники излучения отображаются в виде ярко-зеленых точек с указанием их номеров на фоне панорамы защищаемого объекта (рис. 4).

Рис. 4 Отображение излучателей на экране монитора

В зависимости от размеров защищаемого объекта могут использоваться различные модификации приемника. Максимальный угол обзора составляет 90 град. (по горизонтали 80 град. и по вертикали 48 град.), что позволяет устанавливать излучатели в широком секторе в несколько ярусов, обеспечивая контроль объема защищаемой зоны, максимальная дальность при этом составляет 68 м.

В случае применения приемника с углом обзора 45 град. (по горизонтали 38 град. и по вертикали 19 град.) обеспечивается дальность до 120 м. Максимально можно контролировать площадь протяженностью 150 м, при этом используется приемник с углом обзора 10 град. (по горизонтали 7 град. и по вертикали 4 град.) и только один приемник. Такие извещатели позволяют защитить высокое помещение на нескольких уровнях, с учетом эффекта стратификации (рис. 5).

Рис. 5 Расположение 2 приемников и 14 излучателей на разных уровнях
с учетом эффекта стратификации

Точность обнаружения

Для контроля состояния среды используются импульсные сигналы в инфракрасном и в ультрафиолетовом диапазоне. Сигналы различных излучателей имеют разную кодировку, по которой приемник определяется адреса излучателей даже при их перемещении. Применение двухдиапазонных сигналов позволило исключить ложные тревоги от пыли, пара, аэрозолей, птиц, насекомых, а также при частичной блокировки луча различными механизмами.

По теории рассеяния немецкого физика Густава Ми, вид диаграммы рассеяния зависит от отношения диаметра частиц к длине волны проходящего через эту среду света. Соответственно и уровень рассеяния в направлении распространения света (другими словами - затухание света при распространении в определенной среде) также зависит от соотношения размера частиц и длины волны света. Диаметр частиц дыма практически от всех очагов значительно меньше диаметра частиц пыли, пара, аэрозолей и т.д. Затухание сигнала в ультрафиолетовом диапазоне при прохождении через дым значительно больше по сравнению с затуханием сигнала в инфракрасном диапазоне (рис. 6а), при прохождении через среду с более крупными частицами - например, через пыль - сигналы ослабляются примерно одинаково (рис. 6б). Эти зависимости были использованы при разработке принципа действия двухчастотного линейного дымового извещателя OSID.

Рис. 6 Прохождение УФ- и ИК-сигналов:
а) через дым; б) через пыль; в) блокировка сигналов

Удобство монтажа и эксплуатации

Оригинальная конструкция крепления оптических элементов и небольшие габариты излучателей и приемника (198х130 мм) позволяют легко разместить их в любом помещении и сориентировать друг на друга (рис. 7). Проведения трудоемкой юстировки как при установке традиционных линейных дымовых извещателей не требуется, достаточно лишь повернуть оптические системы излучателей в направлении приемника.

Излучатели выпускаются с питанием от батарей, емкости которых хватает на 5 лет. Это значительно упрощает их размещение и снижает трудоемкость монтажа. Выпускается и проводная версия излучателей с питанием от источника напряжением 24 В.

Рис. 7 Крепление оптической системы позволяет
сориентировать ее в нужном направлении

В традиционные системы двухчастотный линейный дымовой извещатель OSID включается при помощи релейных выходов с формированием сигналов "Пожар" и "Неисправность" по каждому излучателю. В значительно большем объеме могут быть реализованы возможности раннего обнаружения очага загорания в адресно-аналоговом режиме при включении в петлю адресно-аналогового прибора, например Zettler ZX. В этой конфигурации обеспечивается формирование предварительных тревог на минимальных уровнях задымления с объемным отображением состояния защищаемой зоны в 3D в реальном масштабе времени.

LHS от AP Sensing

Еще один пожарный извещатель, который, несомненно, можно отнести к разряду уникальных, - это тепловой линейный взрывобезопасный лазерный извещатель LHS (Linear Heat Series). Он состоит из измерительного блока AP Sensing и оптического кабеля. Уникальность этого извещателя состоит прежде всего в протяженности защищаемой зоны до 2х8 км при обеспечении высокой точности определения места расположения очага 1-3 м.

Принцип действия

Этот линейный тепловой детектор функционирует на основе так называемого эффекта Рамана - на эффекте комбинационного рассеяния света. В спектре отраженного сигнала лазера появляется несколько боковых спектральных составляющих, и так называемая антистоксовская полоса Рамана зависит от температуры оптоволокна (рис. 8). Измерение уровня этих составляющих при различных величинах временных задержек позволяет вычислить температуру на каждом участке защищаемой зоны в реальном масштабе времени.

Рис. 8 При изменении температуры оптоволокна происходят
изменения его атомной структуры

Рис. 9 Спектр отраженного сигнала лазера
1 - рассеяние Мандельштама - Бриллюэна; 2 - стоксовская полоса Рамана;
3 - антистоксовская полоса Рамана

Безопасность

В извещателе LHS используется маломощный лазер до 20 мВт (класс 1М), неопасный для глаз человека и безопасный при обрыве оптоволоконного кабеля во взрывоопасной зоне. Этот кабель может монтироваться во взрывоопасных зонах, включая зону 0, без какой-либо дополнительной взрывозащиты. С другой стороны, использование лазера на малых мощностях гарантирует стабильную работу извещателя в течение нескольких десятков лет.

Точность обнаружения

Температура окружающей среды может сильно меняться даже через несколько сотен метров. В таких случаях необходимо изменять пороги сработки в каждой такой зоне, исходя из условий окружающей среды. Это можно делать с помощью программного обеспечения для извещателя LHS во всех 256 зонах обнаружения. Данная возможность позволяет точно обнаружить пожар и избежать появления ложных сигналов тревоги.

Можно настроить сработку каждой зоны по 5 критериям, причем не только на повышение температуры, но и на ее снижение. Например, можно запрограммировать два порога при температурах вблизи нуля градусов для оповещения о возможности появления гололеда в тоннеле. Начало, конец и протяженность каждой зоны определяются индивидуально. Причем один и тот же участок оптического волокна может входить в состав различных зон. При необходимости могут быть выделены участки кабеля, которые не контролируются совсем.

В извещателе LHS используется оптический кабель с двумя оптическими волокнами, безгалогенный, с огнестойкостью по крайней мере 2 часа при 750 °C по IEC 60331-25. Высокая огнестойкость кабеля, широкий диапазон измеряемых температур до 800 °C с дискретом 1 м и с периодом 10 с позволяет не только обнаружить первоначальный очаг, но и в реальном масштабе времени отслеживать развитие пожара и контролировать процесс пожаротушения.

Область применения

Этот линейный тепловой лазерный извещатель LHS может эффективно контролировать протяженные объекты, такие как тоннели, кабельные трассы, конвейеры, транспортеры, резервуары, заводские цеха, холодильные камеры, многоуровневые парковки и т.д.

Извещатель LHS идеален для использования в областях с тяжелыми температурными условиями, не подвержен электромагнитным помехам, радиации, коррозии, работает в химически агрессивных и во взрывоопасных средах. Срок службы измерительного блока APSensing с оптическим кабелем не менее 30 лет.

Работоспособность

В зависимости от особенностей защищаемого объекта можно применять различные конфигурации извещателя LHS (рис. 10). К каждому блоку APSensing могут подключаться две пары оптоволокон, соответственно могут использоваться как радиальные, так и кольцевые способы подключения к одному или нескольким блокам.

Кольцевое подключение (рис. 10 е) в отличие от радиального (рис. 10 а, в) обеспечивает поддержание работоспособного состояния при одиночном обрыве оптоволоконного кабеля. При обрыве кабеля формируется сигнал "Неисправность" и определяется место обрыва с точностью до 1-5 м. Возможно подключение одного отрезка оптоволокна к двум измерительным блокам или двух отрезков - к трем измерительным блокам (рис. 10 б, г), при использовании таких структур сохраняется работоспособность при обрыве оптоволокна и обеспечивается резервирование измерительных блоков. При выборе конфигурации необходимо учитывать обеспечение требуемого уровня резервирования.

Рис. 10 Возможные конфигурации извещателя LHS

Сетевые возможности

Для подключения к пожарным панелям контроллер можно расширить с помощью релейных блоков и информацию по каждой зоне передавать на контрольную панель по "сухим контактам". Имеется возможность для подключения к сети Ethernet (RJ-45). Устройство работает с протоколами Modbus, TCP/IP, FTP и SCPI (рис. 11). Конфигурирование извещателя производится с компьютера через вход USB.

Рис. 11 Возможности подключения извещателя LHS

Уникальность и экономическая эффективность

Конечно, класс уникальных пожарных извещателей не ограничивается описанными извещателями, но даже по этим трем примерам ясно видно, что новые типы извещателей базируются на научной основе, а реализуются при использовании специально разработанных новых технологий. В результате обеспечивается значительно более высокий уровень пожарной защиты, к тому же и при существенном снижении эксплуатационных расходов.

Просмотров: 3686

Ваши комментарии:

Для того, чтобы оставлять коментарии, Вам нужно авторизоваться на Sec.Ru. Если У Вас еще нет аккаунта, пройдите процедуру регистрации.


Автор

Информация

  • Снимай крутую видеорекламу - выкладывай на Sec.Ru!

    Рекламный ролик - один из самых эффективных способов донесения информации. И он отлично подходит для рекламирования любой продукции, в т.ч. и продукции рынка систем безопасности.
    Поэтому редакция Портала решила составить свой рейтинг лучших рекламных видеороликов. Все они разные и все чем-то покоряют: красотой, задумкой, стилем съемки, посылом, необычным финалом.
    Некоторые из них язык не повернется назвать иначе как шедевром короткого метра. Смотрим, наслаждаемся, делаем заметки, учимся творить рекламу правильно.
    Если Вы хотите выложить видеоролик о своей продукции на Sec.Ru, пишите о своем желании на adv@sec.ru!

    Картинка: Jpg, 100x150, 16,47 Кбайт

    Мотор!

Отраслевые СМИ

Все права защищены 2002 – 2018
Rambler's Top100 �������@Mail.ru