Математическая
морфология.
Электронный математический
и медико-биологический журнал. - Т. 13. -
Вып. 4. - 2014. -
URL:
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-44-html/TITL-44.htm
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-44-html/cont.htm
УДК
621.389
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ
СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЛОГО ПОМЕЩЕНИЯ
Ó 2014 г.
Деменков Д. М., Якименко И. В.
В работе представлены основные принципы построения
автоматизированной системы безопасности в жилых помещениях. Рассматривается
одно из направлений обеспечения безопасности – контроль уровня загазованности
атмосферы в жилом секторе. Представлены результаты моделирования в среде MatLAb.
Ключевые слова: система безопасности, жилые помещения.
Автоматизированная система контроля безопасности
жилого дома или квартиры объединяет в единый комплекс все оборудование, решающее
различные задачи в сфере обеспечения безопасности, жизнеобеспечения и связи. Под
этим следует понимать систему, которая должна уметь распознавать конкретные
ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать:
одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам.
Основной особенностью интеллектуального здания
является объединение отдельных подсистем в единый управляемый комплекс. Любая
такая система состоит из следующих элементов: датчиков (давления, температуры,
расхода и т. п.), измерительных преобразователей, модулей ввода/вывода данных,
компьютера и/или программируемого контроллера, исполнительных устройств. Для
передачи данных с удаленных объектов на центральный диспетчерский пульт может быть
использован любой из доступных каналов связи: коммутируемые линии, радиоканал,
беспроводной Ethernet или сотовая связь (GPRS, SMS).
Сфера автоматизации домов и зданий постоянно
развивается. Системы постоянно обновляются, усовершенствуются, а на место старых
технологий, все чаще приходят новые инновационные разработки. В настоящее время
существует и постоянно добавляется огромное количество автоматизированных систем
контроля безопасности и управления комфортом в жилых помещениях, начиная
от бюджетных модулей или плагинов, которые легко переоснащают ранее выпущенные
системы управления, добавляя им новые возможности, и заканчивая профессионально
разработанными комплексами, требующих квалифицированных специалистов и
установщиков оборудования, а также инженерного проектирования на ранних стадиях
строительства дома. Системы автоматизации охватывают различные сферы
жизнеобеспечения бытового сектора, в которые входят Освещение, Теплоснабжение и
Кондиционирование, управление Энергоснабжением, системы Безопасности и
Видеонаблюдения, Мультимедиа-системы и многие другие.
Статья посвящена разработке автоматизированной системы
контроля безопасности жилого дома в сфере газопользования.
Основной целью является создание новой
автоматизированной системы, отвечающей следующим условиям:
- решение должно быть относительно недорогим;
- минимальные затраты на монтаж элементов
системы. Оператор должен иметь возможность устанавливать большую часть
элементов самостоятельно (руководствуясь инструкцией по эксплуатации), без
вмешательства квалифицированных служб;
- оператор должен иметь возможность в любой
момент проверить исправность исполнительных устройств с помощью органов
управления или пульта;
- решение должно максимально быстро реагировать
на аварийную ситуацию и сигнализировать оператору об аварии;
- система должна иметь функцию автоматической
самопроверки неисправности и сообщать об этом оператору;
- дополнительно система может иметь возможность
архивирования событий за определенный период, задаваемый пользователем.
Принцип работы системы. В жилом помещении в месте
контроля загазованности атмосферы устанавливается устройство обнаружения утечки
бытового газа. Таким устройством является бытовой сигнализатор горючих газов.
Конструктивно он состоит из термохимического датчика (или сенсора), включенного
в электрическую схему сигнализатора. Аналоговый сигнал с датчика поступает на
АЦП микроконтроллера и преобразуется в цифровую форму. Микроконтроллер
постоянно измеряет сигнал с датчика. При превышении концентрации горючего газа
порога срабатывания сигнализации, микроконтроллер выдает сигнал на срабатывание
звуковой и/или световой сигнализации, а также управляющий сигнал на запирание исполнительного
устройства, перекрывающего газопровод,
либо выходного реле для запуска дополнительного оборудования типа вентилятора
и/или дополнительной сигнализации. Исполнительное устройство монтируется в
непосредственной близости от места подачи газа. Таким устройством может быть
электромагнитный клапан, либо механизм отключения подачи газа с электроприводом
постоянного тока. Микроконтроллер передает информацию о состоянии сигнализатора
на пульт управления системой. Блок-схема такой автоматизированной системы представлен
на рисунке 1.
В состав пульта входят:
- дисплей, предназначенный для отображения информации
о состоянии сигнализатора, о неисправности электрической схемы или других
ошибках;
- клеммы, предназначенные для вывода контактов реле.
Контакты реле можно использовать, например, для включения вентиляции;
- канал связи для передачи данных по интерфейсу RS485;
- беспроводной радиоканал связи и GSM-канал для оповещения оператора в случае чрезвычайной
ситуации;
- клавиатура, либо кнопки, для управления
устройствами, входящими в систему.
Рисунок 1 – Блок-схема работы автоматизированной системы для контроля
уровня загазованности в жилом помещении
Типы реле, средства отображения информации, органы
управления (кнопки, клавиатура и т.д.), модули интерфейсов, входящих в систему,
выбираются на стадии разработки электрической схемы.
Пульт управления имеет встроенную память для хранения
информации мониторинга уровня загазованности, принятой от сигнализатора.
Для системы может быть разработано специальное
программное обеспечение на ПЭВМ. При подключении пульта к компьютеру, в окнах
сервисной программы можно будет отследить всю необходимую информацию об
устройствах, входящих в состав системы.
К достоинствам такой системы можно отнести
возможность гибкой настройки, подключения неограниченного количества датчиков и
перепрограммирования контроллера для конкретной ситуации.
Обеспечение газовой безопасности предполагает
массированное размещение сигнализаторов в помещениях, куда могут поступать
взрывоопасные и пожароопасные газы, которые выделяются вследствие техногенных
аварий или умышленных деструктивных действий. Информация о повышении
концентрации газов заблаговременно поступает к оператору для анализа и принятия
решений. Информация от значительного числа датчиков позволяет кроме всего
прочего установить и источник поступления газа (очаг распространения), что
важно для расследования аварий. Широкое применение подобной системы способно
существенно снизить число чрезвычайных происшествий, связанных с утечкой пожароопасных
и взрывоопасных газов.
В качестве датчиков выбраны сигнализаторы горючих
газов СГГ10-Б производства «ФГУП «СПО
«Аналитприбор», предназначенные для выдачи сигнализации о превышении установленных
пороговых значений довзрывоопасной концентрации горючих газов (метана или
пропан-бутановой смеси) в воздухе жилых помещений, либо помещений котельных
различной мощности, оборудованных газогорелочными устройствами, работающими на природном
(ГОСТ 5542-87) или сжиженном (ГОСТ 20448-90) газах.
В сигнализаторах имеется возможность установки
потребителем порогов срабатывания сигнализации 10%НКПР, либо 20%НКПР.
Некоторые рекомендации по монтажу сигнализаторов:
- сигнализатор должен быть размещен в вертикальном
положении вне зоны действия прямых воздушных потоков от приточно-вытяжной
вентиляции;
- сигнализаторы должны устанавливаться не ближе 0,5 м
от источников тепла, например, батареи отопления и нагревательных приборов;
- при контроле содержания природного газа (метана)
сигнализаторы должны размещаться как можно выше над полом (не ниже 30 см от
потолка) и на расстоянии от 1 до 5 м от источников газа;
- при контроле содержания сжиженного газа
сигнализаторы должны размещаться как можно ниже над полом (не выше 30 см от
пола) и на расстоянии не более 4 м от источника газа, так как пары сжиженного
газа тяжелее воздуха и могут скапливаться в низких и непроветриваемых местах;
Для наглядности, разместим два сигнализатора в разных
помещениях. В качестве
исполнительного устройства для первого сигнализатора выберем электромагнитный
клапан с импульсным напряжением управления от 36 до 40 В. Мощность потребления по цепи управления 20 В∙А
в импульсе. В качестве такого клапана может быть использован, например,
КЭГ-9720. Электромагнитный клапан врезается в газопровод как можно ближе к
вводу газа в помещение или здание (возможно подключение до трех сигнализаторов
к одному клапану). Внешний вид электромагнитного клапана с импульсным управлением
представлен на рисунке 1.
Для второго сигнализатора исполнительным устройством
является механизм отключения подачи газа с управляющим напряжением постоянного
тока 12 В. В качестве такого запорного механизма может быть использован GRV-1525(ACE Electronics). Исполнительный механизм монтируется непосредственно
на ручку перекрытия потока газа на газопроводе. При срабатывании аварии
механизм поворачивает ручку. Внешний вид механизма отключения подачи газа
представлен на рисунке 3.
Сигнализаторы постоянно передают данные в пункт сбора
информации или диспетчерскую. Устройство сбора информации – пульт управления
ведет мониторинг всех датчиков системы. Помимо информации об утечке газа
(«норма» или «газ»), в пульт управления поступают также данные о неисправности
датчиков:
- нарушение работы измерительной схемы сигнализатора,
- обрыв (перегорание) или короткое замыкание
чувствительных элементов термохимического датчика.
Рисунок 2 – Внешний вид
электромагнитного клапана с импульсным
управлением
Рисунок 3 – Внешний
вид механизма отключения подачи газа
Результаты моделирования автоматизированной системы
контроля уровня загазованности атмосферы в жилом секторе представлен на рисунке
4.
Исполняющие устройства всех сигнализаторов в состоянии «норма» в каждом помещении находятся в открытом состоянии. Результаты моделирования состояния исполняющих устройств системы в случае отсутствия утечек бытового газа представлен на рисунке 5. Пульт контроля выдает соответствующие сигналы о состоянии сигнализаторов в помещении №1 и помещении №2. Результаты моделирования состояния пульта управления в случае отсутствия утечек бытового газа в помещениях представлен на рисунке 5.
Рисунок 4 – Результаты моделирования
автоматизированной системы
контроля уровня
загазованности атмосферы в жилом секторе
Рисунок 5 – Результаты моделирования состояния исполняющих устройств
системы в случае отсутствия утечек бытового газа
Рисунок 6 – Результаты моделирования состояния
пульта управления в случае отсутствия утечек бытового газа в помещениях
При превышении концентрации бытового газа допустимого
порога, в помещении сработает световая и звуковая сигнализация на
сигнализаторах, исполнительные устройства перекроют газопровод и на пульте
контроля сработает индикация аварии «ГАЗ». Состояние компонентов системы в
случае аварии в двух помещениях представлены на рисунке 7.
В настоящий момент ведется моделирование пульта
управления в части усовершенствования режимов реагирования, включения
вентиляции, открытие окон для проветривания, посылка смс по сотовой связи и т.д.
Среда компьютерного моделирования MatLab.
Рисунок 7 – Результаты моделирования
состояния автоматизированной системы контроля уровня загазованности атмосферы в
жилом секторе в случае аварии
Рисунок 8 – Осциллограммы сигналов в
различных точках системы
Литература
1.
Использование
электронных газосигнализаторов для обеспечения безопасности объектов
промышленного и коммунального газоиспользования / Люлин Б. Н., Манвелова Н. Е.,
Орехов Е. О.- С.-Пб.: Газинформ, 2007, №1/ 16с.
2.
ГОСТ
27540-87. Сигнализаторы горючих газов и паров термохимические. Государственный
стандарт.1988г, 34с.
3.
Инженерные
сети, оборудование зданий и сооружений: Учебник/ Е. Н. Бухаркин, В. М. Овсянников,
К. С. Орлов и др.; Под ред. Ю. П. Соснина. - М.: Высшая школа, 2001 - 415 с.
ил.
4.
ГОСТ
Р 52350.29.2-2010 (МЭК 60079-29-2:2007). Взрывоопасные среды. Часть 29-2 Газоанализаторы. Требования к выбору,
монтажу, применению и техническому обслуживанию газоанализаторов горючих газов
и кислорода. Национальный стандарт Российской федерации. М.: Стандартинформ.
2011г, 82с.
AUTOMATED SYSTEM SECURITY
Demenkov
D. M., Yakymenko I. V.
The paper presents the basic principles of
automated security system in a residential installation. Considered one of the
areas of security - control gas pollution of the atmosphere in the residential
sector . The results of modeling in MatLAb.
Key words: security system, residential installation.
«Национальный исследовательский университет» МЭИ»
в г. Смоленске
Поступила в редакцию 8.12.2014.