Прибор приемно-контрольный пожарный

Полезная модель относится к области пожарной сигнализации и может быть использована в системах пожарной сигнализации для анализа состояния пожарных извещателей, обработки и предоставления информации в приемлемом для оператора виде, а также для автоматической передачи сигналов на оповещатели и на пульты центрального наблюдения.

Прибор приемно-контрольный пожарный имеет микроконтроллер, узел ввода-вывода информации, узел выходных ключей, блок питания, мультиплексор, управляемые узлы ограничения тока для каждой из зон, первый узел согласования сигналов, клеммы для подключения охраняемых зон, клеммы для подключения оповещателей, который отличается тем, что дополнительно содержит второй узел согласования сигналов и дифференцированный усилитель, с их связями с другими элементами прибора и с помощью которых обеспечивается улучшенная помехоустойчивость прибора. Такая схема позволяет применение заземления одного из проводов шлейфа пожарной сигнализации каждой зоны. На извещатели, которые подключаются к соответствующим зонам подается стабильное напряжение, которое практически не зависит от количества извещателей в пределах значений разрешенных нормативным документом.

Полезная модель относится к области пожарной сигнализации и может быть использована в системах пожарной сигнализации для анализа состояния пожарных извещателей, обработки и предоставления информации в приемлемом для оператора виде, а также для автоматической передачи сигналов на оповещатели и на пульты центрального наблюдения.

Известный прибор приемно-контрольный [журнал «Радиохобби» 5, 2008 р., с.25] содержит микроконтроллер, узел ввода-вывода информации, узел выходных ключей, блок питания, клеммы для подключения охраняемых зон, клеммы для подключения оповещателей и узлы ограничения тока для каждой из зон, узел ввода-вывода информации соединен и микроконтроллером с помощью первой группы входов и выходов, вторая группа выходов микроконтроллера подключена к входам узла выходных ключей, выходы которых соединены с клеммами для подключения оповещателей, выводы электропитания микроконтроллера соединены с первым выходом блока питания, ко второму выходу которого подключен вывод электропитания узла выходных ключей. Узлы ограничения тока для каждой зоны выполнены на двух резисторах со значительным ограничением тока в цепи шлейфа каждой зоны. Ко второму выходу блока питания подключены клеммы для подключения шлейфа, от которого питаются извещатели.

Недостатком известного прибора приемно-контрольного является низкая помехоустойчивость, которая обусловлена высоким импедансом входных цепей прибора, к которым подключаются шлейфы соответствующих зон, а также то, что подключение извещателей происходит только по 4-х проводной схеме, когда для электропитания извещателей применяется дополнительная пара проводов. Кроме того, на сигнальных проводниках шлейфа присутствует низкое напряжение электропитания микроконтроллера (5 В), от которого не может быть осуществлено электропитание извещателей, которые обычно требует значительно большего напряжения (10-30 В) и значительного тока для обеспечения состояния «ПОЖАР» извещателей.

Известный также прибор приемно-контрольный [патент России на изобретение 2238591 «Система пожарно-охранной сигнализации», МПК G08B 25/00, опубл. 20.10.2004 г.] такой, что имеет контроллер, узел ввода-вывода информации, блок питания, клеммы для подключения охраняемых зон, клеммы для подключения оповещателей и узел ограничения тока в зоне. Узлы согласования применяются для каждого извещателя, а все извещатели подключены параллельно одному 2-х проводному шлейфу, напряжение питания которого осуществляется от выводов электропитания контроллера через резистор. Контроллер выполнен на микросхемах, которые позволяют осуществлять электропитание от напряжений, что обеспечивают перекрывание диапазона рабочих напряжений извещателей (10-20 В). Кроме того, для анализа состояния извещателей прибор формирует периодические импульсы напряжения питания извещателей.

Недостатком такого прибора приемно-контрольного является низкая помехоустойчивость, которая обусловлена тем, что подключение извещателей происходит только к одной зоне. Кроме того, существует существенная зависимость напряжения в шлейфе от количества применяемых извещателей. Особенно это становится существенным при ограничении тока короткого замыкания меньше 50 мА. А импульсы анализа состояния извещателей, что формируются прибором в шлейфе сигнализации только увеличивают вероятность ложного срабатывания извещателей в таком шлейфе пожарной сигнализации.

Наиболее близким к изобретению является выбранный в качестве прототипа прибор приемно-контрольный пожарный [Прибор приемно-контрольный пожарный «Варта 1/832», ТУ 3 Украины 7183.012-92, АКПИ.425513.004ПС, http://www.chelmash.com.ua] такой, что имеет микроконтроллер, узел ввода-вывода информации, узел выходных ключей, блок питания, мультиплексор, управляемые узлы ограничения тока для каждой из зон, узел согласования сигналов, клеммы для подключения охраняемых зон, клеммы для подключения оповещателей, узел ввода-вывода информации соединен с микроконтроллером с помощью первой группы входов и выходов, вторая группа выходов микроконтроллера подключена к входам узла выходных ключей, выходы которых соединены с клеммами для подключения оповещателей, первый вывод электропитания микроконтроллера соединен с первым выходом блока питания, ко второму выходу которого подключен вывод электропитания узла выходных ключей, третья группа выходов микроконтроллера через узел согласования сигналов подключена к соответствующим входам управления управляемыми узлами ограничения тока в каждой из зон, выходы управляемых узлов ограничения тока соединены с первой группой клемм для подключения охраняемых зон, а первые выводы электропитания управляемых узлов ограничения тока объединены между собой и подключены к третьему выходу блока питания. Четвертая группа выходов микроконтроллера подключена к входам управления мультиплексором, аналоговый выход которого подключен к аналоговому входу микроконтроллера. Аналоговые входы мультиплексора соединены со второй группой клемм для подключения зон, и через соответствующие резисторы - с общей шиной прибора. Управляемые ограничители тока выполнены на основе двух биполярных транзисторов по типовой схеме.

Недостатком такого прибора приемно-контрольного пожарного является низкая помехоустойчивость, которая обусловлена тем, что он содержит резисторы для контроля тока в шлейфах соответствующих зон, падение напряжения на которых уменьшает стабильность напряжения между первой и второй группой клемм для подключения зон, от которых питаются извещатели. Кроме того, на этих резисторах создается ЭДС электрических помех относительно общей шины, которая обычно заземляется.

В основу изобретения поставлена задача - увеличение помехоустойчивости прибора, повышение стабильности напряжения электропитания извещателей, создание такой схемы подключения зон, когда вторая группа клемм для подключения зон имеет непосредственный контакт с заземленной общей шиной прибора. В то же время весь диапазон возможных значений тока в шлейфе сигнализации с каждой зоны должен поступать на аналоговый вход микроконтроллера.

Поставленная задача решается тем, что прибор приемно-контрольный пожарный имеет микроконтроллер, узел ввода-вывода информации, узел выходных ключей, блок питания, мультиплексор, управляемые узлы ограничения тока для каждой из зон, первый узел согласования сигналов, клеммы для подключения охраняемых зон, клеммы для подключения оповещателей, узел ввода-вывода информации соединен с микроконтроллером с помощью первой группы входов и выходов, вторая группа выходов микроконтроллера подключена к входам узла выходных ключей, выходы которых соединены с первой группой клемм для подключения оповещателей, первый вывод электропитания микроконтроллера соединен с первым выходом блока питания, ко второму выходу которого подключен вывод электропитания узла выходных ключей, третья группа выходов микроконтроллера через первый узел согласования сигналов подключена к соответствующим входам управления управляемыми узлами ограничения тока в каждой из зон, выходы управляемых узлов ограничения тока в соответствии с зонами соединены с первой группой клемм для подключения охраняемых зон, а выводы электропитания управляемых узлов ограничения тока объединены между собой и подключены к третьему выходу блока питания, общая шина которого соединена со вторыми выводами электропитания микроконтроллера, узла выходных ключей, мультиплексора, первого узла согласования сигналов, который отличается тем, что дополнительно содержит второй узел согласования сигналов и дифференциальный усилитель, выход которого подключен к аналоговому входу микроконтроллера, а инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к аналоговому выходу мультиплексора, первый вывод электропитания которого соединен с первыми выводами электропитания дифференциального усилителя, первого и второго узлов согласования сигналов, а также с третьим выходом блока питания и с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, второй вывод электропитания которого соединен со вторым выводом электропитания второго узла согласования сигналов, со вторыми группами клемм для подключения зон, со вторыми группами клемм для подключения извещателей и общей шиной блока питания, четвертая группа выходов микроконтроллера через второй узел согласования сигналов подключена к входам управления мультиплексором, аналоговые входы которого подключены к аналоговым выходам управляемых узлов ограничения тока.

Каждый из управляемых узлов ограничения тока выполнен на биполярном транзисторе, коллектор которого подключен к выходу управляемого узла ограничения тока, эмиттер транзистора через первый резистор соединен с выводом электропитания управляемого узла ограничения тока и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с базой транзистора, которая через третий резистор подключена к входу управления узла ограничения тока, аналоговый выход которого через четвертый резистор подключен к эмиттеру транзистора.

В предложенном приборе приемно-контрольном пожарном за счет применения дополнительных элементов - дифференциального усилителя и второго узла согласования сигналов с их связями с другими элементами прибора обеспечивается улучшенная помехоустойчивость прибора. Такая схема позволяет применение заземления одного из проводов шлейфа пожарной сигнализации каждой зоны. За счет применения дифференциального усилителя с мультиплексором, электропитание которого осуществляется от напряжения питания управляемых ограничителей тока, а также узлов согласования сигналов достигается возможность воспроизведения на аналоговом входе микроконтроллера относительно общей шины блока питания сигналов пропорциональных току в цепи каждой зоны без применения измерительных резисторов, как это делается в прототипе. На извещатели, которые подключаются к соответствующим зонам подается стабильное напряжение, которое практически не зависит от количества извещателей в пределах значений разрешенных нормативным документом - ДСТУ EN 54-2:2003 для безадресных зон.

На фигуре представлена блок-схема прибора приемно-контрольного пожарного.

Прибор приемно-контрольный пожарный (см. фигуру) содержит микроконтроллер 1, узел 2 ввода-вывода информации, узел 3 выходных ключей, блок 4 питания, мультиплексор 5, управляемые узлы 6 ограничения тока для каждой из зон, первый и второй узлы согласования сигналов 7 и 8, дифференциальный усилитель 9, первая группа клемм 10 для подключения охраняемых зон, вторая группа клемм для подключения зон, группы клемм 12 и 13 для подключения оповещателей. Управляемые узлы 6 ограничения токов для каждой из зон состоят из транзистора 14 и четырех резисторов 15, 16, 17 и 18.

Узел 2 ввода-вывода информации соединен с микроконтроллером 1 с помощью первой группы входов и выходов, вторая группа выходов микроконтроллера 1 подключена к входам узла 3 выходных ключей, выходы которых соединены с первой группой клемм 12 для подключения оповещателей. Первый вывод электропитания микроконтроллера 1 соединен с первым выходом блока 4 питания, ко второму выходу которого подключен вывод электропитания узла 3 выходных ключей. Третья группа выходов микроконтроллера 1 через первый узел 7 согласования сигналов подключена к соответствующим входам управления управляемыми узлами 6 ограничения тока в каждой из зон. Выходы управляемых узлов 6 ограничения тока в соответствии с зонами соединены с первой группой клемм 10 для подключения охраняемых зон. Выводы электропитания управляемых узлов 6 ограничения тока объединены между собой и подключены к третьему выходу блока 4 питания, общая шина которого соединена со вторыми выводами электропитания микроконтроллера 1, узла 3 выходных ключей, мультиплексора 5, первого и второго узлов 7 и 8 согласования сигналов. Выход дифференциального усилителя 9 подключен к аналоговому входу микроконтроллера 1, а инвертирующий вход дифференциального усилителя 9 подключен к аналоговому выходу мультиплексора 5, первый вывод электропитания которого соединен с первыми выводами электропитания дифференциального усилителя 9, первого и второго узлов 7 и 8 согласования сигналов, а также с третьим выходом блока 4 питания и неинвертирующим входом дифференциального усилителя 9, второй вывод электропитания которого соединен со вторым выводом электропитания второго узла 8 согласования сигналов, со вторыми группами клемм 11 для подключения зон, со вторыми группами клемм 13 для подключения оповещателей и общей шиной блока 4 питания. Четвертая группа выходов микроконтроллера 1 через второй узел 8 согласования сигналов подключена к входам управления мультиплексором 5, аналоговые входы которого подключены к аналоговым выходам управляемых узлов 6 ограничения тока.

Каждый из управляемых узлов 6 ограничения тока выполнен на биполярном транзисторе 14, коллектор которого подключен к выходу управляемого узла 6 ограничения тока, эмиттер транзистора 14 через первый резистор 15 соединен с выводом электропитания управляемого узла 6 ограничения тока и первым выводом второго резистора 16, второй вывод которого соединен с базой транзистора 14, которая через третий резистор 17 подключена к входу управления узла 6 ограничения тока, аналоговый выход которого через четвертый резистор 18 подключен к эмиттеру транзистора 14.

Прибор приемно-контрольный пожарный работает таким образом. После подключения входного напряжения к блоку 4 питания на его выходах появляются соответствующие напряжения, которые поступают на микроконтроллер 1, узел 3 выходных ключей и на выводы электропитания управляемых узлов 6 ограничения тока, мультиплексора 5, узлов 7 и 8 согласования сигналов, дифференциального усилителя 9. Микроконтроллер 1 начинает выполнять рабочую программу в соответствии с разработанным алгоритмом функционирования прибора и внесенной обслуживающим персоналом конфигурации прибора приемно-контрольного пожарного в соответствии с охраняемым объектом. В начале программы происходит самотестирование прибора. Результаты самоготестирования воспроизводятся узлом 2 ввода-вывода информации. Если тестирование завершается с положительными результатами, а состояние охраняемых зон соответствует конфигурации прибора, которое сохраняется в энергонезависимой памяти, то прибор переходит в дежурный режим работы.

В дежурном режиме работы микроконтроллер 1 отображает это состояние узлом 2 ввода-вывода информации и ожидает изменений, которые могут появиться за счет внесения новой информации оператором через узел 2 ввода-вывода информации. Кроме того, микроконтроллер 1 воспроизводит конфигурацию прибора, создав на второй и третьей группе своих выходов логические сигналы, которые поступают на узел 3 выходных ключей, а также через первый узел 7 согласования сигналов поступают на входы управления узлами 6 ограничения тока. Соответствующие выходные ключи, а также транзисторы 14/1,,14/N будут открыты, или закрыты. Если, согласно конфигурации прибора, какие-то зоны должны быть отключены, то на соответствующих выходах первого узла 7 согласования сигналов устанавливаются высокие потенциальные уровни, поэтому соответствующие транзисторы 14 будут закрыты. В цепи шлейфа сигнализации, которая подключена к соответствующим клеммам 10 и 11 не будет тока. Не будет тока и в цепи первого резистора 15 соответствующего отключенного узла 6 ограничения тока. На четвертой группе выходов микроконтроллера 1 изменяется состояние, которое позволяет поочередно соединять с помощью мультиплексора 5 резисторы 15/1,,15/N к входам дифференциального усилителя 9. Если к соответствующей паре клемм 10 и 11 не подключен шлейф сигнализации, или в цепи этого шлейфа имеет место обрыв, тогда коллекторный ток соответствующего транзистора 14 будет отсутствовать. За счет базового тока на соответствующем первом резисторе 15 незначительное падение напряжения, но его величина будет значительно меньше предельного значения, которое отвечает состоянию «ОБРЫВ». В дежурном режиме работы ток в цепи шлейфа сигнализации состоит из суммы токов потребления всех подключенных к ней извещателей и тока через конечный резистор шлейфа сигнализации. Для удовлетворения требований нормативных документов по поводу организации шлейфов сигнализации, таких как серия европейских стандартов EN 54, или российский ГОСТ Р 53325, ток через конечный резистор должен превышать предельное значение тока обрыва, зафиксированного в энергонезависимой памяти прибора, которое, в свою очередь должно превышать суммарный ток потребления максимального количества извещателей, которые разрешается подключить к одной зоне. Обычно ток потребления современных пожарных извещателей не превышает 0,1 мА. Максимальное количество неадресных извещателей, которые подключаются к одной зоне, в соответствии с EN 54, составляет 32 шт. Таким образом, ток в дежурном режиме работы для зоны с активными извещателями может иметь значение (4-8) мА, в зависимости от количества извещателей, подключенных к этой зоне. А предельное значение тока обрыва может составлять (3-4) мА. В состоянии «ПОЖАР» ток в цепи шлейфа сигнализации может увеличиваться на (5-15) мА. Таким образом, физическое ограничение тока транзисторами 14/1,,14/N при коротком замыкании между соответствующей парой клемм 10 и 11 может начинаться со значения больше 20 мА. Если при максимальном токе падение напряжения на первом резисторе 15 составляет не больше (10-15) % от напряжения на третьем выходе блока питания, то можно считать, что питание извещателей в дежурном режиме будет осуществляться от стабильного напряжения, потому что суммарное падение напряжения на транзисторе 14 и первом резисторе 15 будет незначительным. Второй и третий резисторы 16 и 17 образуют делитель напряжения, что воспроизводит потенциал на базе транзистора 14, необходимый для его открытия с соответствующим ограничением тока в коллекторной цепи этого транзистора 14. Четвертый резистор 18 выполняет защитную функцию для мультиплексора 5. Сопротивление этого резистора 18, вместе с сопротивлением открытого канала мультиплексора 5 может быть засчитано при выборе коэффициента усиления дифференциального усилителя 9. Дифференциальный усилитель 9 обеспечивает последовательное воспроизведение на аналоговом входе микроконтроллера 1 в диапазоне разрешенных напряжений все изменения тока, которые происходят во всех зонах.

Микроконтроллер 1 анализирует состояние тока в зонах и если эти изменения принимают критические значения, то изменяет состояние индикации на узле 2 ввода-вывода информации, а также при необходимости состояние на соответствующих парах клемм 12 и 13 для подключения оповещателей.

Возобновление начального состояния дежурного режима работы прибора возможно после возобновления состояния зон в дежурный режим, и выполнения оператором операции сброса состояния с узла 2 ввода-вывода информации на соответствующем уровне доступа, как это определено нормативными требованиями.

За счет дифференциального усилителя 9 и второго узла 8 согласования сигналов с их связями с другими элементами прибора обеспечивается улучшенная помехоустойчивость прибора. Такая схема позволяет применять заземление одного из проводов шлейфа пожарной сигнализации каждой зоны и организации шлейфов сигнализации как постоянно токовых петель в диапазоне значений около (4-20) мА. Применение экранированных шлейфов сигнализации, когда экран шлейфа и один из его проводников заземлены со стороны прибора приемно-контрольного пожарного позволяет (см. Г. Отт «Методы подавления шумов и помех в электронных системах» М. Мир, 1979 г., с.56) значительно улучшить помехоустойчивость системы пожарной сигнализации. Кроме того, на извещатели, которые подключаются к соответствующим зонам в дежурном режиме работы подается стабильное напряжение, которое практически не зависит от количества извещателей в пределах значений разрешенных нормативным документом ДСТУ EN 54-2.

1. Прибор приемно-контрольный пожарный имеет микроконтроллер, узел ввода-вывода информации, узел выходных ключей, блок питания, мультиплексор, управляемые узлы ограничения тока для каждой из зон, первый узел согласования сигналов, клеммы для подключения охраняемых зон, клеммы для подключения оповещателей, узел ввода-вывода информации соединен с микроконтроллером с помощью первой группы входов и выходов, вторая группа выходов микроконтроллера подключена к входам узла выходных ключей, выходы которых соединены с первой группой клемм для подключения оповещателей, первый вывод электропитания микроконтроллера соединен с первым выходом блока питания, ко второму выходу которого подключен вывод электропитания узла выходных ключей, третья группа выходов микроконтроллера через первый узел согласования сигналов подключена к соответствующим входам управления управляемыми узлами ограничения тока в каждой из зон, выходы управляемых узлов ограничения тока соответствующих зон соединены с первой группой клемм для подключения охраняемых зон, а выводы электропитания управляемых узлов ограничения тока объединены между собой и подключены к третьему выходу блока питания, общая шина которого соединена со вторыми выводами электропитания микроконтроллера, узла выходных ключей, мультиплексора, первого узла согласования сигналов, отличающийся тем, что дополнительно содержит второй узел согласования сигналов и дифференцированный усилитель, выход которого подключен к аналоговому входу микроконтроллера, а инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к аналоговому выходу мультиплексора, первый вывод электропитания которого соединен с первыми выводами электропитания дифференциального усилителя, первого и второго узлов согласования сигналов, а также с третьим выходом блока питания и неинвертирующим входом дифференциального усилителя, второй вывод электропитания которого соединен со вторым выводом электропитания второго узла согласования сигналов, со вторыми группами клемм для подключения зон, со вторыми группами клемм для подключения оповещателей и общей шиной блока питания, четвертая группа выходов микроконтроллера через второй узел согласования сигналов подключена к входам управления мультиплексором, аналоговые входы которого подключены к аналоговым выходам управляемых узлов ограничения тока.

2. Прибор приемно-контрольный пожарный по п.1, отличающийся тем, что каждый из управляемых узлов ограничения тока выполнен на биполярном транзисторе, коллектор которого подключен к выходу управляемого узла ограничения тока, эмиттер транзистора через первый резистор соединен с выводом электропитания управляемого узла ограничения тока и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с базой транзистора, которая через третий резистор подключена к входу управления узла ограничения тока, аналоговый выход которого через четвертый резистор подключен к эмиттеру транзистора.