Задание по лабораторной работе

Белорусский национальный технический университет

ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

Кафедра «Информационно-измерительная техника и технологии»

ИНСТРУКЦИЯ

К выполнению лабораторной работы №2

 

на тему: «Исследование схем индикации и контроля состояния постояннотоковых шлейфов в приборах систем охранно-пожарной сигнализации»

 

по дисциплине: «Узлы приборов систем безопасности ».

 

 

Минск 2014г

Цель и задачи работы.

 

1.1 Цель работы:

Изучение типовых схем индикации и контроля состояния постояннотоковых шлейфов в приборах охранно-пожарной сигнализации, измерение основных параметров и приемов согласования с каналами связи.

 

1.2 Задачи работы:

Усвоить необходимый массив данных по схемам индикации и контроля шлейфов. Получить практические навыки при проведении пуско-наладочных работ со шлейфами на объекте.

 

1.3 Подготовка к работе:

Изучить теоретическую часть. Изучить технические описания и инструкции по эксплуатации рекомендуемых приборов охранно-пожарной сигнализации относительно работ по шлейфам. Ознакомиться со своим вариантом задания. Ответить на контрольные вопросы.

 

2 Теоретическая часть.

2.1 Шлейфы охранно-пожарной сигнализации

1.1 Шлейф сигнализации - цепь (электрическая, т.е. проводная, или беспроводная: радиоканальная, оптоволоконная или другая), соединяющая выходные узлы извещателей (датчиков), включающая в себя вспомогательные (выносные) пассивные элементы (резисторы, диоды, конденсаторы и т.п.) и соединительные линии и предназначенная для передачи на прибор приёмо-контрольный (ППК) информации от извещателей о контролируемых ими параметрах, а в некоторых случаях и для подачи электропитания на извещатели (обычно по двухпроводной линии).
Виды шлейфов (по точности срабатывания датчика):
- неадресные (извещатели не имеют собственного адреса, т.е. точность места срабатывания - в пределах шлейфа);
- квазиадресные (точность срабатывания - до зоны (1/2) шлейфа, т.е. от 1 до нескольких извещателей);
- адресные (с адресно-аналоговой или цифровой шиной обмена данными между ППК и извещателями, здесь точность места срабатывания - конкретный извещатель).
Виды шлейфов (по способности к восстановлению):
- невосстанавливаемые (т.е. даже при однократном срабатывании датчика, находящегося в таком шлейфе, последний сам не восстанавливается. При этом на всех приборах ОПТС все исправные шлейфы восстанавливаются если прибор кратковременно снять с охраны и вновь поставить под охрану (в идеале дистанционно, через канал связи, например с сотового телефона, в крайнем случае Клиент должен вернуться на объект и так же пересдать его (ключом TM, магнитной картой, с клавиатуры) - это очень неудобно, особенно ночью или в выходные);
-самовосстанавливаемые (есть в современных приборах ОПТС: после каждого срабатывания датчика они вновь встают под охрану, но если датчик начинает постоянно срабатывать (например, датчик объёма), то извещение о каждой такой тревоге будет передаваться на пульт, что недопустимо);
-самоотключаемые (при многократных срабатываниях датчиков в шлейфе в заданном интервале времени, например чаще 1 раза в 10 минут и шести срабатываниях за 1 час - прибор отключает такой шлейф).
1.2 Рубеж охранной сигнализации - шлейф или совокупность шлейфов сигнализации, контролирующих охраняемые зоны территории, здания или помещения (периметр, объём или площадь, сами ценности и/или подходы к ним) на пути возможного движения нарушителя к материальным ценностям, при преодолении которых выдаётся соответствующее извещение о проникновении. Многие объекты имеют 1 рубеж охраны (внешний периметр), а имеющие зоны скопления ценностей - 2 рубежа (при этом 2-й рубеж обычно внутренний). Если оконные проёмы имеют роллеты, то на них разумно выделить отдельный рубеж (предварительной охраны), шлейфы которого передают сигналы тревоги от установленных на роллетах или рядом с ними извещателей (датчиков) при несанкционированном вскрытии роллет.
1.3 Зона охраны - это часть охраняемого объекта, контролируемая одним или несколькими шлейфами сигнализации. Может пересекаться одним или двумя рубежами охраны.
Виды охраняемых зон:
1) зоны входа/выхода или зоны с задержкой (на вход/выход) или без;
2) зоны немедленной реакции;
3) зоны прохода (каждая охраняется двумя шлейфами);
4) зоны круглосуточной охраны (пожарные, тревожные, и т.д.);
5) зоны дневного наблюдения;
6) исключаемые из охраны зоны.
1.4 Прибор приёмно-контрольный (ППК), или неудачное название контрольная панель - это техническое средство ОПТС (охранно-пожарной и тревожной) сигнализации для приёма сообщений от извещателей (датчиков), включённых в шлейфы сигнализации, или других ППК, преобразования сигналов, выдачи извещений и включения оповещателей, а в некоторых случаях и для электропитания охранных извещателей.
Режимы работы ППК:
1) охрана (прибор контролирует состояние шлейфов и самого себя, а нарушение шлейфов приводит к формированию сигналов тревоги);
1.1) полная охрана (когда прибор контролирует состояние всех шлейфов и самого себя);
1.2) частичная охрана (с контролем части шлейфов: обычно пожарных и тревожных и самого прибора), с групповым исключением заранее запрограммированной группы шлейфов (общей для этого режима), или выборочным исключением шлейфов (определяемых в каждом конкретном случае индивидуально). Такой режим обычно используют в двух случаях:
1.2.1) для постановки системы сигнализации на охрану, когда на объекте остаются люди (например, охрана дома ночью);
1.2.2) постановка на охрану системы с неисправными шлейфами.
2) снят с охраны (дежурный режим).
1.5 Типы ППК (по способу подключения шлейфов):
1) со шлейфами радиальной структуры.
В этом случае каждый шлейф подключается непосредственно к ППК. Такая структура оправдывает себя при небольшом количестве шлейфов (обычно до 16) и на объектах, не требующих организации удалённых шлейфов. Применяется обычно для небольших и средних объектов.
2) с древовидной структурой шлейфов.
Такие ППК имеют специальную информационную шину (или даже несколько шин) из 2-х/4-х проводов, а на эту шину подключаются расширители. В свою очередь, к расширителям подключаются радиальные шлейфы. К самому ППК могут также подключаться несколько базовых радиальных шлейфов. Общее количество шлейфов обычно = 24-128. Расширитель контролирует состояние шлейфов, кодирует информацию об их состоянии и передаёт по информационной шине на ППК, имеющий модуль индикации состояния всех шлейфов. Используются для систем ОПС средних объектов. Очевидно, что в таких системах важна защищённость шины данных, поскольку её повреждение может вывести из строя значительную часть системы.
3) со шлейфами линейной структуры и адресными извещателями.

Такие ППК имеют два или четыре двухпроводных шлейфа к которым подключаются до 32 адресных извещателей. Длина такого шлейфа от 800 до 1200 м.

2 Основные методы контроля шлейфа сигнализации

Шлейф сигнализации (ШС) является одной из необходимых составных частей объектовой системы охранно-пожарной сигна­лизации. Он представляет собой проводную линию, электрически связывающую выносной элемент (элементы), выходные цепи ох­ранных, пожарных и охранно-пожарных извещателей с входом приемно-контрольного прибора.

Иногда употребляются старые названия шлейфа сигнализации: луч, цепь сигнализации, линия блокировки, шлейф блокировки и др. В современной трактовке шлейф охранно-пожарной сигна­лизации — это электрическая цепь, предназначенная для переда­чи на приемно-контрольный прибор тревожных и служебных из­вещений от извещателей, а также (при необходимости) для пода­чи на извещатели электропитания. Шлейф сигнализации, как правило, двухпроводный и включает в себя выносные (вспомога­тельные) элементы, устанавливаемые в конце электрической цепи. Иногда их называют элементами нагрузки (нагрузкой) шлейфа сигнализации.

Рассмотрим подробнее двухпроводный шлейф сигнализации. На участке между приемно-контрольным прибором и выносным элементом шлейфа сигнализации имеется схема замещения шлейфа сигнализации. Совокупность имеющихся реально элементов обра­зуют эквивалентное сопротивление проводников шлейфа, сопро­тивление «утечки» между проводниками шлейфа и между каждым из проводников шлейфа и землей. Допустимые предельные значе­ния этих параметров при эксплуатации указывают в технической документации на прибор. При расчете параметров контроля шлейфа сигнализации он может быть представлен в виде пассивного че­тырехполюсника с Т- или П-образной схемой замещения. В об­щем случае необходимо также учитывать паразитную индуктив­ность и емкость шлейфа сигнализации, а также наличие источни­ка активных помех в виде генератора напряжения.

Шлейф сигнализации прибора является одним из наиболее «уяз­вимых» элементов объектовой системы охранно-пожарной сигна­лизации, в наибольшей степени подверженных воздействию раз­личных внешних факторов. Одной из основных причин неустойчивой работы являются физические и механические свойства соединительных проводов шлейфов. Типовым проводником для шлейфов являются телефонные провода (ТРП, ТРВ и т.п.), имеющие незалуженные медные жилы. Собственное сопротивление каждого из та­ких проводников R = 91 Ом/км, паразитная емкость между ними С= (10 000... 12 000) пФ/км. Максимальная длина шлейфа обычно не превышает нескольких сот метров. Однако общее со­противление проводников шлейфа с учетом переходных сопро­тивлений может составить сотни ом.

Места электрических соединений шлейфа сигнализации, а так­же контакты подключения извещателей в процессе эксплуата­ции подвергаются длительному воздействию повышенной влаж­ности в широком диапазоне температур, а в ряде случаев — воз­действию агрессивных сред. Известно, что контактное сопротив­ление Rк складывается из сопротивления стягивания и сопро­тивления тонких поверхностных пленок, которые покрывают контактируемые поверхности. К появлению таких пленок приводят процессы коррозии, адгезии и адсорбции. На Rк влияют матери­ал контактов и характер его обработки (форма контакта, твер­дость), сила контактного нажатия, а также толщина и тип по­крывающей контакты пленки. Для контактов из неблагородных металлов (и даже серебра) последний фактор часто является определяющим при выборе условий эксплуатации и параметров коммутируемых электрических цепей. Существенное влияние на Rк оказывает также электрический режим эксплуатации контак­тов. Вследствие явления фриттинга при определенных мощности источника и напряжении на контактах сопротивление пленки может частично или полностью ис­чезнуть.

Если начальное значение контактного сопротивления чистых контактов почти не зависит от тока 7^, то после воздействия фак­торов старения (эксплуатации в неблагоприятных условиях) оно резко увеличивается.

При малых токах в шлейфе сигнализации (менее 1 мА) пере­ходное сопротивление может быть значительным. Сопротивление шлейфа при этом неустойчиво и в течение короткого промежутка времени может изменяться в широких пределах. С ростом тока со­противление контактов уменьшается, но даже при значитель­ных токах оно не восстанавливается до первоначального значения. Резкое изменение контактного сопротивления соответствует фриттингу.

Относительная стабилизация параметров шлейфа сигнализа­ции при его эксплуатации в неблагоприятных условиях может быть достигнута при использовании повышенного напряжения в шлей­фе — не менее 15...20 В (верхнее значение ограничивается требо­ваниями безопасности) и повышенного тока — не менее 5... 10 мА. Форма тока и напряжения может быть различной, так как для формирования электрического контакта важны только их ампли­тудные значения. На практике используется рабочее напряжение 12 В и ток в пределах 1 … 5 мА.

Таким образом, для обеспечения надежного функционирова­ния прибора в широком диапазоне условий эксплуатации должен быть обеспечен оптимальный электрический режим работы шлейфа сигнализации. В приборе должна быть обеспечена защита от элек­тромагнитных помех, а также от импульсов высокого напряжения в шлейфе сигнализации. Современным требованием к прибору яв­ляется также возможность питания и совместной его работы по шлейфу сигнализации с токопотребляющими охранными и ак­тивными пожарными извещателями.

Выполнение перечисленных выше требований к прибору в зна­чительной степени определяется используемым в нем методом контроля шлейфа сигнализации. Отличительными признаками применяемого метода контроля является состав и тип радиоэле­ментов нагрузки шлейфа сигнализации и схема питания шлейфа.

В настоящее время типовые приборы охранно-пожарной сигнализации в основном используют схемы контроля шлейфа сигнализации:

с питанием шлейфа сигнализации постоянным током и ис­пользуемым в качестве выносного элемента резистором;

с питанием шлейфа сигнализации знакопеременным импульс­ным напряжением и используемыми в качестве нагрузки последова­тельно соединенными резистором и полупроводниковым диодом;

с питанием шлейфа сигнализации пульсирующим напряжени­ем и используемым в качестве выносного элемента конденсатором.

 

 

Экспериментальная часть

 

 

Рисунок 1. Структурная схема блока контроля и индикации шлейфов.

Где: МК – микроконтроллер; Т1 – одновибратор; Т2 – генератор прямоугольных импульсов;

РЛЗ – регулируемая линия задержки; МП – мультиплексор; БК – блок компараторов;

ЛУ – логическое устройство; СТЗ – схема токового зеркала; БП – блок питания;

Осц. – осциллограф типа С1-65.

 

На рисунке 1 изображена структурная схема лабораторной установки для исследования типовой схемы индикации и контроля шлейфов в приборах охранно-пожарной сигнализации. Принцип действия установки базируется на требованиях ГОСТов и руководящих документов касательно временных параметров определения состояния шлейфа сигнализации.

Микроконтроллер приемно-контрольного прибора (ПКП) формирует один раз за 8 секунд импульс запроса на схему контроля состояния шлейфов. Количество импульсов поступающих на мультиплексор равно количеству шлейфов сигнализации в ПКП.

Схема контроля состояния шлейфов в течение 10 мс формирует на шинах МК полубайт состояния каждого шлейфа. Количество данных зависит от количества шлейфов в приборе.

 

 

Рисунок 2 Электрическая схема формирователя импульсов коммутации мультиплексора.

Задание по лабораторной работе

4.1 Собрать схему лабораторной установки в соответствии с рисунком 1 и подключить нагрузку (шлейфы);

4.2 В соответствии с заданием по таблице 1 выбрать свой вариант, изучить схему и руководство по эксплуатации ИМС NE556N (рисунок 2), рассчитать необходимые величины и типы резисторов и конденсаторов для схемы формирователя импульсов коммутации мультиплексора.

(Т2 = Т1/2N; Где: N – количество шлейфов по заданию)

4.3 По справочникам выбрать типы и номиналы резисторов и конденсаторов.

4.4 Полученные данные вычислений записать в итоговую таблицу для своего варианта.

 

ТАБЛИЦА 1

№ вар. задания	Тип ПКП	Количество шлейфов	R1,Ом	R2,Ом	R3,Ом	С1,мкФ	С4,мкФ	Т1,мс
	Аларм -3							0,5
	Аларм - 3
	Аларм - 4							1,5
	Аларм - 5
	Аларм - 5							2,5
	Аларм - 5
	Аларм - 5							3,5
	Аларм - 7
	Аларм - 7							4,5
	Аларм - 7
	Аларм - 7							5,5
	Аларм - 7
	Аларм - 7							6,5
	Аларм - 7
	Аларм - 7							7,5

 

5 Контрольные вопросы

1. Виды шлейфов охранной и пожарной сигнализации;
2. Двухпроводный токовый шлейф, характеристика, основные параметры;
3. Способы контроля и регистрации событий в шлейфах сигнализации;
4. Токи утечки в шлейфе. Величина сопротивления между проводами в шлейфе;
5. Рубеж охранной сигнализации;
6. Зона охранной сигнализации;
7. Информативность шлейфа;
8. Питание извещателей подключаемых к шлейфу;
9. Назначение тамперного шлейфа;
10. Назначение оконечного резистора в шлейфе;
11. Предельные значения сопротивления шлейфа;
12. Количество шлейфов в ПКП и варианты схем анализа их состояния.

 

4 Содержание отчета

4.1 Титульный лист;

4.2 Цели и задачи лабораторной работы;

4.3 Схема лабораторной установки;

4.4 Схема электрическая принципиальная подключения ИМС NE556N в соответствии с заданием;

4.5 Таблица расчетов и измерений;

4.6 Ответ на контрольный вопрос в соответствии с вариантом задания;

4.6 Литература.