| La clave para los sistemas de alarma contra incendios de alta confiabilidad
La clave para sistemas de alarma contra incendios de alta confiabilidad Garantizar una alta calidad y fiabilidad de los sistemas de alarma contra incendios es el principal desafío al que se enfrentan los instaladores y diseñadores de sistemas, así como los desarrolladores y fabricantes de componentes de dichos sistemas. En el campo de la automatización contra incendios y la extinción de incendios, esta tarea recibe aún más atención, ya que está asociada no solo a la competitividad de los productos en términos de seguridad técnica de las personas. Los fallos de los componentes del sistema, las falsas alarmas de detectores y dispositivos pueden provocar no sólo pérdidas materiales, sino también circunstancias peligrosas para la salud y la vida de los ciudadanos. El problema mismo de garantizar la calidad y la confiabilidad es complejo y debe resolverse en todas las etapas del ciclo de vida del producto. El punto clave en este camino es garantizar la efectividad de la interacción de los detectores de incendios con el panel de control de alarma contra incendios (FPKP), ya que la confiabilidad de los sistemas de alarma contra incendios está determinada en gran medida por los principios físicos de obtener información confiable sobre el estado del detectores en el circuito de alarma contra incendios. La interfaz de comunicación entre detectores y paneles de control se establece, como es sabido, mediante el dispositivo. Por lo tanto, la calidad de funcionamiento de todo el sistema de alarma contra incendios depende de la elección del dispositivo, con sus características para conectar detectores: la capacidad de reconocer señales verdaderas creadas en el circuito de alarma contra incendios, filtrar valores distorsionados de los parámetros controlados, procesamiento adecuado de estas señales y convertirlas en señales reproducidas en los paneles del panel de control, así como en señales que se transmiten a circuitos externos, es decir. a sirenas y dispositivos para transmitir notificaciones de alarma de incendio o mal funcionamiento. Si analizamos los paneles de control existentes en función de los métodos de monitoreo de los estados del circuito de alarma contra incendios, entonces los tres métodos más comunes son: Los dos primeros métodos se utilizan en el panel de control para determinar el estado de los detectores de modo dual, y el tercero, para detectores analógicos direccionables y direccionables multimodo. El tema del artículo es el análisis de los dos primeros métodos. Muchos dispositivos de seguridad y contra incendios [1, 2, 3] utilizan el método de corriente continua para analizar detectores según el esquema que se muestra en la Figura 1. El voltaje Uz se suministra al bucle de alarma a través de la resistencia R1, que limita la corriente de cortocircuito en este bucle. El estado del bucle se controla mediante la caída de voltaje mediante un divisor de voltaje entre las resistencias R2 y R3. Este divisor de voltaje hace coincidir el alto voltaje de suministro del bucle Uz con el rango permitido de valores de voltaje en la entrada analógica del microcontrolador DD1. Con tales dispositivos es imposible realizar una verificación automática de un circuito de alarma contra incendios independiente, es decir, desconectar el bucle de la tensión de alimentación durante un tiempo (3*6 s), durante el cual los detectores deben volver al modo de espera si uno de ellos, por algún motivo, entra en estado de alarma de incendio. La resistencia de la resistencia R1, igual a 1 kOhm, y este valor (o cercano a él) se usa en muchos paneles de control, limita significativamente el voltaje en el circuito de alarma contra incendios y, en consecuencia, la cantidad de detectores que pueden funcionar normalmente en dicho bucle, especialmente para garantizar la estrategia «Disparar cuando se activan dos detectores en un bucle». Otra desventaja más significativa de tales dispositivos es el control del estado del circuito mediante voltaje, lo que se garantiza con una gran resistencia total (30 * 50 kOhm) del divisor de voltaje entre las resistencias R2 y R3. Dado que el voltaje de ruido generado en el bucle puede ser muchas veces mayor que 24 V, se suministrará un voltaje de interferencia que excede el nivel de la señal útil a la entrada analógica del microcontrolador junto con la señal útil.
Valores Los voltajes y corrientes para dicho dispositivo se dan en la Tabla 1, teniendo en cuenta la posible resistencia de los conductores del bucle de hasta 220 ohmios. La Tabla 1 muestra que en el modo «Fuego 2», el voltaje en el circuito puede ser insuficiente para mantener los detectores en el estado activado. Además, los aumentos de corriente para obtener los modos “Fire 1” y “Fire 2” son insignificantes. Para corregir las deficiencias de tal organización del circuito de alarma contra incendios, algunos fabricantes de paneles de control de alarma contra incendios, por ejemplo los de fabricación británica [4], intentan reducir el valor de la resistencia R1 en casi un orden de magnitud de la resistencia Valores de esta resistencia en dispositivos domésticos. Como resultado, el panel de control utiliza mucha más energía durante una alarma de incendio y es necesario reducir la caída de voltaje en los conductores del circuito en un orden de magnitud. Para tales dispositivos también es necesario utilizar detectores capaces de conmutar corrientes de hasta 100 mA. Pero uno de los principales inconvenientes de un esquema de este tipo no se puede corregir: es imposible aumentar significativamente la inmunidad al ruido sin cambiar el principio mismo de organización del circuito de alarma contra incendios. La impedancia bastante alta del divisor de voltaje entre las resistencias R2 y R3 tampoco contribuye a la inmunidad al ruido. En la Figura 2 se muestra un circuito más avanzado. En esta solución técnica, en lugar de una resistencia entre los circuitos Uz y +Z, se utiliza un estabilizador de corriente controlado E1, que el microcontrolador DD1 apaga a través del interruptor de transistor E2. El voltaje se suministra a la entrada analógica del microcontrolador DD1 desde la resistencia R1 (Fig. 2), que está conectada entre el bus común y el terminal «*Z» del circuito de alarma contra incendios. Esta coordinación de las señales que surgen en el circuito de alarma contra incendios con el microcontrolador DD1 puede parecer óptima en términos del número de elementos utilizados, pero no puede considerarse óptima en términos de inmunidad al ruido. Gracias al uso de un estabilizador de corriente controlado E1 en dicho circuito, es posible limitar la corriente de cortocircuito en el circuito al nivel de 20 * 30 mA, así como realizar una verificación automática o semiautomática. Pero para garantizar la coincidencia de la señal entre la corriente en el bucle y el voltaje suministrado a la entrada analógica del microcontrolador DD1, la resistencia de la resistencia R1 debe ser 200 * 300 ohmios. Por lo tanto, el componente de modo común de la tensión de interferencia alcanzará valores significativos en esta resistencia.
Por lo tanto, la desventaja de un panel de control de este tipo es la baja inmunidad al ruido, que se debe al hecho de que contiene una resistencia R1 para controlar la corriente en los bucles de las zonas correspondientes, cuya caída de voltaje reduce la estabilidad del voltaje entre los terminales “+Z” y “–Z” para conectar zonas, desde donde se alimentan los detectores. Además, esta resistencia reproduce la EMF del ruido eléctrico de modo común en relación con el bus del panel de control común, que generalmente está conectado a tierra.
Uso de bucles con generación de tensión alterna en el El panel de control no mejora la inmunidad al ruido de los sistemas de alarma contra incendios [5]. Se puede realizar un análisis de las soluciones técnicas utilizadas en dichos paneles de control a partir del diagrama de bloques, que se presenta en la Figura 3.
Una diferencia significativa entre esta solución técnica y los esquemas anteriores es el uso de pulsos de polaridad negativa en el circuito de alarma contra incendios. Se crean a partir de una fuente de alimentación de voltaje negativo adicional –Uz mediante un interruptor de transistor E3 adicional, que se controla desde el mismo pin del microcontrolador DD1 que el control del primer interruptor de transistor E2. La corriente en el bucle es controlada por la resistencia R1 de manera similar al circuito anterior que se muestra en la Figura 2. El convertidor de voltaje E4 asegura la coincidencia de los voltajes negativos que aparecen en la resistencia R1 con el rango de voltajes posibles en las entradas analógicas del Microcontrolador DD1.
Debido al exceso de cinco veces +Uz = 24 V sobre el voltaje en la resistencia R1 (valor máximo = 4,75 V), se proporciona suficiente voltaje entre los terminales “+Z” y “–Z” para alimentar los detectores. Sin embargo, incluso con este circuito de adaptación, el valor de resistencia de la resistencia R1 sigue siendo bastante grande, lo que ayuda a aislar el componente de modo común del voltaje de interferencia en ella. La ausencia de resistencia de carga al final del bucle reduce algo el consumo total de corriente de dicho panel de control, pero crea condiciones adicionales para falsas alarmas de los detectores, especialmente al final del bucle, debido a la inductancia de los conductores. En los bucles de corriente continua, la corriente a través de la resistencia terminal reduce el factor de calidad de las inductancias de estos conductores, lo que a su vez reduce la probabilidad de falsas alarmas de los detectores. Además de ser susceptible a interferencias externas, el propio bucle se convierte en una fuente de interferencias electromagnéticas. Esto se debe al hecho de que en un circuito de alarma contra incendios alterno basado en un panel de control, cuyo diagrama de bloques corresponde a la Figura 3, el cambio en la polaridad del voltaje ocurre muy rápidamente, por lo que los frentes de pulsos eléctricos en los circuitos crean pulsos electromagnéticos. en los puntos de conexión de los detectores, lo que complica el funcionamiento de los detectores de incendios, especialmente de humo. También cabe señalar que la duración de los pulsos de polaridad negativa en casi todos los paneles de control con voltaje alterno no excede los 20 ms, por lo que podemos decir con seguridad que dichos dispositivos no utilizan el método de integración de señales en un tiempo múltiplo de 20. EM. Otras soluciones técnicas utilizadas en los paneles de control con tensión alterna (Fig. 4) proporcionan conmutación de bucle con un interruptor puente, que se alimenta con una fuente de alimentación +Uz y se controla mediante dos salidas Out1 y Out2 del microcontrolador DD1. Debido al hecho de que en el interruptor de puente los interruptores de transistor E2 y E5, así como E3 y E4, se conmutan en pares con un retraso correspondiente de un par con respecto al otro, no hay corrientes de paso a través del estabilizador de corriente E1 y el interruptor de transistor E3, así como a través de los interruptores de transistor E4 y E5. Al mismo tiempo, los bordes de conmutación de polaridad de voltaje suaves hacen imposibles las falsas alarmas de los detectores causadas por la fuente de alimentación pulsada de dicho bucle. Pero este circuito todavía tiene desventajas fundamentales, como la alta impedancia e inductancia del bucle, además de controlar el estado de la caída de voltaje en el bucle mediante un divisor de voltaje de alta resistencia en las resistencias R1 y R2. En los dispositivos con bucles de alarma contra incendios de tensión alterna existen, además, otros problemas que complican el procesamiento de la información sobre el estado del bucle con detectores de incendios activos. Los desarrolladores de dichos dispositivos deben tener en cuenta que los detectores de incendios activos no pueden identificarse con los detectores de contacto pasivos. Las características de los detectores activos se manifiestan en contraste cuando varias docenas de estos detectores se conectan a un bucle con voltaje alterno. Es inaceptable evaluar el estado de tales bucles unos microsegundos después de un cambio en el signo de la tensión que alimenta el bucle. También existe toda una clase de dispositivos a los que solo se pueden conectar detectores de incendios de cuatro hilos. Por ejemplo, cuando el voltaje en el circuito de dicho dispositivo en modo de espera no supera los 5 * 8 V, lo que no es suficiente para el funcionamiento normal de muchos detectores de incendios. Para combinar detectores de dos hilos con dichos dispositivos, se utilizan módulos de combinación de bucle de la serie MUSH [6]. Las pruebas prácticas de estas transformaciones realizadas por muchos instaladores confirmaron la eficacia de las soluciones técnicas proporcionadas. Para garantizar la construcción de un circuito de alarma contra incendios verdaderamente protegido, que sea capaz de reducir el nivel de interferencia en al menos 70 dB [7], es necesario utilizar esquemas fundamentalmente diferentes para la construcción del panel de control. Son precisamente estos circuitos los que se utilizaron en dispositivos construidos sobre la base de soluciones innovadoras propuestas por un equipo de ingenieros inventores [8, 9]. La Figura 5 muestra un diagrama de bloques del primer dispositivo implementado por estos coautores. Las peculiaridades de esta solución son que el pin “–Z” está conectado a tierra y el transistor VT1 actúa como interruptor y limitador de corriente. Este transistor se controla desde el microcontrolador DD1 a través del interruptor de transistor E1. La corriente en el circuito está controlada por la caída de voltaje a través de la resistencia R1. La resistencia de esta resistencia es pequeña: alrededor de 100 ohmios, y la ganancia requerida se proporciona mediante el amplificador diferencial DA1. Con este circuito, es posible controlar la corriente en el circuito de alarma contra incendios con una ligera caída de voltaje a través de la resistencia de medición R1. Prácticamente no hay componente de modo común del voltaje de interferencia, porque el pin “-Z” está conectado a tierra. Con un voltaje estabilizado +Uz, el voltaje en la salida del amplificador diferencial será proporcional a la corriente que fluye en el circuito del circuito. Se nota una limitación significativa de la tensión en el bucle con corrientes superiores a 20 mA. Y la corriente en el circuito, que el dispositivo evalúa como rotura, no supera los 3 mA. Por lo tanto, la corriente a través de la resistencia terminal debe exceder este valor y ser, por ejemplo, 3,5 mA. Para garantizar la estrategia «Fuego con dos detectores activos», una resistencia adicional al detector activo con una resistencia interna de 0,5 kOhm debe garantizar que el aumento de corriente debido a la activación del primer detector no Las desventajas de esta solución incluyen un complejo circuito de adaptación de señal en el amplificador diferencial DA1, pero en un dispositivo de múltiples bucles solo se puede usar un amplificador, controlando secuencialmente el voltaje en la resistencia R1 de cada bucle con un multiplexor. Este inconveniente puede corregirse mediante la solución técnica de la segunda patente, que se presenta en la Figura 6. La coincidencia de señales entre el voltaje en la entrada del microcontrolador DD1 y la corriente en el bucle se basa en un espejo de corriente de transistor con el coeficiente de conversión requerido. El interruptor de transistor E1 coordina los niveles de señal para controlar el estado de los transistores VT1 y VT2 desde el microcontrolador DD1. Dado que la caída de voltaje a través de la resistencia R2 es la base para dos transistores, la resistencia de la resistencia R1 establecerá la corriente de cortocircuito en el bucle, y la corriente del colector del segundo transistor VT2 puede ser un orden de magnitud menor que la corriente del colector de el primer transistor VT1. Una característica de esta solución técnica es también que los modos de funcionamiento son prácticamente independientes de la elección del voltaje en el circuito, ya sea 15 o 24 V. Cada PPCP tiene sus propias ventajas y desventajas. Las dos patentes presentadas, por supuesto, no resuelven todos los problemas asociados con el funcionamiento fiable de los sistemas de alarma contra incendios. Pero para eliminar las deficiencias simplemente se necesitan soluciones técnicas extraordinarias, es decir, invenciones, que deberían convertirse en la base de un modelo innovador de resolución de problemas. Actualmente, es extremadamente importante una interacción clara entre las organizaciones que desarrollan el panel de control y las organizaciones que desarrollan detectores de incendios. El enfoque correcto para comprender las características de cada componente del sistema, con la adecuada coordinación del panel de control y detectores de alta confiabilidad. V. Bakanov, diseñador jefe de la empresa privada «Arton» REFERENCIAS:
revista «Algoritmo de Seguridad» No. 6, 2010 |
