Адресно-аналоговые системы – раннее обнаружение пожара. Системы раннего обнаружения пожара Раннее обнаружение пожара

(световые, тепловые, дымовые) способны только на сообщение: «Горим! Пора тушить очаг возгорания!» Но другого и быть не может, поскольку работа их датчиков основана на таких физических принципах, как детектирование света, тепловыделения или задымленности. Получить сообщение «Внимание! Здесь возможно возгорание!» можно только установив постоянный контроль над газодинамическим составом воздушной среды помещений. Такой контроль позволит принять адекватные меры по предупреждению пожара и его ликвидации в зародыше. Этим и интересен разработанный специалистами НПП «Гамма» способ раннего обнаружения пожара с использованием полупроводниковых химических сенсоров, который был отмечен дипломами и золотыми медалями на международных выставках «Брюссель-Эврика 2000» и «Женева 2001».

Так, достоверный способ предупреждения пожара на ранней стадии, предшествующей возгоранию,— это контроль химического состава воздуха, который резко изменяется из-за термического разложения перегретых или начинающих тлеть горючих материалов. На этой стадии еще эффективны превентивные меры. Например, в случае перегрева электроприборов (утюга или электрокамина) они могут быть вовремя автоматически отключены по сигналу с газового датчика.

Состав выделяющихся при горении газов

Ряд газов, выделяющихся на начальной стадии горения (тления), определяются составом именно тех материалов, которые участвуют в этом процессе. Однако в большинстве случаев можно уверенно выделить и основные характерные газовые компоненты. Подобные исследования проводились в Институте пожарной безопасности (г.Балашиха Московской обл.) с использованием стандартной камеры объемом 60 м 3 для имитации пожара. Состав выделяющихся при горении газов определялся при помощи хроматографии. Эксперименты дали следующие результаты.

Водород (Н 2) — основной компонент выделяемых газов на стадии тления в результате пиролиза материалов, используемых в строительстве, таких как древесина, текстиль, синтетические материалы. На начальной стадии пожара, в процессе тления, концентрация водорода составляет 0,001-0,002%. В дальнейшем происходит рост содержания ароматических углеводородов на фоне присутствия недоокисленного углерода — оксида углерода (СО) — 0,002-0,008%. При появлении пламени растет концентрация диоксида углерода (СО 2) до уровня 0,1%, что соответствует сгоранию 40-50 г древесины или бумаги в закрытом помещении объемом 60 м 3 и эквивалентно 10 выкуренным сигаретам. Такой уровень СО2 достигается также в результате присутствия в помещении двух человек в течение 1 ч.

Эксперименты показали, что порог обнаружения системы раннего предупреждения пожара в атмосферном воздухе при нормальных условиях должен находиться для большинства газов, в том числе водорода и оксида углерода, на уровне 0,002%. Желательно, чтобы быстродействие системы было не хуже 10 с. Такой вывод можно рассматривать как основополагающий для разработок целого ряда предупреждающих пожарных газовых сигнализаторов.

Существующие средства газоанализа экологической направленности (в том числе на электрохимических, термокаталитических и других сенсорах) слишком дороги для такого использования. Внедрение в производство пожарных извещателей на основе полупроводниковых химических сенсоров, изготавливаемых по групповой технологии, позволит резко снизить стоимость газовых сенсоров.

Полупроводниковые газовые датчики

Принцип действия полупроводниковых газовых сенсоров основан на изменении электропроводности полупроводникового газочувствительного слоя при химической адсорбции газов на его поверхности. Это обстоятельство позволяет эффективно использовать их в приборах пожарной сигнализации как альтернативные устройства традиционным оптическим, тепловым и дымовым сигнализаторам, в том числе содержащим радиоактивный плутоний. А высокую чувствительность (для водорода — от 0,000001%!), селективность, быстродействие и дешевизну полупроводниковых газовых датчиков следует рассматривать как основные их преимущества перед другими типами пожарных извещателей. Используемые в них физико-химические принципы детектирования сигналов сочетаются с современными микроэлектронными технологиями, что обусловливает низкую стоимость изделий при массовом производстве и высокие технические и энергосберегающие характеристики.

Для того, чтобы физико-химические процессы протекали на поверхности чувствительного слоя достаточно быстро, обеспечивая быстродействие на уровне нескольких секунд, сенсор периодически разогревается до температуры 450-500°С, что активизирует его поверхность. В качестве чувствительных полупроводниковых слоев обычно используют мелкодисперсные оксиды металлов (SnO 2 , ZnO, In 2 O 3 и др.) с легирующими добавками Pl, Pd и др. Благодаря структурной пористости формируемых материалов, достигаемой с помощью некоторых технологических приемов, их удельная поверхность — около 30 м 2 /г. Нагревателем служит резистивный слой, выполненный из инертных материалов (Pl, RuO 2 , Au и др.) и электрически изолированный от полупроводникового слоя.

При кажущейся простоте такие методы формирования сконцентрировали в себе все последние достижения материаловедения и микроэлектронной технологии. Это обусловило высокую конкурентоспособность сенсора, который может работать несколько лет, периодически находясь в «стрессовом» состоянии при разогреве до 500°С, сохраняет при этом высокие эксплутационные характеристики, чувствительность, стабильность, селективность и потребляет низкую мощность (в среднем несколько десятков милливатт). Промышленное производство полупроводниковых сенсоров широко развито во всем мире, но основная доля мирового рынка приходится на японские компании. Признанный лидер в этой области — фирма Figaro с годовым объемом производства сенсоров около 5 млн. шт. и масштабным производством приборов на их основе, включая элементную базу и схемотехнические решения с программируемыми устройствами.

Однако ряд особенностей производства полупроводниковых сенсоров затрудняют его совместимость с традиционной кремниевой технологией в рамках замкнутого цикла. Объясняется это тем, что сенсоры — не столь массовое изделие, как микросхемы, и имеют больший разброс параметров из-за специфики условий работы (зачастую в агрессивной среде). Их производство требует очень специфичного ноу-хау в области физической химии, материаловедения и т.д. Поэтому успех здесь сопутствует крупным специализированным фирмам (например, Microchemical Instrument — европейский филиал Motorola), которые не спешат делиться своими разработками в области высоких технологий. К сожалению, в России и СНГ эта отрасль никогда не была хорошо развита, несмотря на достаточное число исследовательских групп — РНЦ «Курчатовский институт», МГУ, ЛГУ, Воронежский государственный университет, ИОНХ РАН, НИФХИ им. Карпова, Саратовский университет, Новгородский университет и т. д.

Отечественные разработки полупроводниковых сенсоров

Наиболее развитая технология производства полупроводниковых сенсоров предложена в РНЦ «Курчатовский институт». Здесь разработаны малогабаритные полупроводниковые сенсоры для анализа химического состава газов и жидкостей. Они изготавливаются по микроэлектронной технологии и сочетают в себе достоинства микроэлектронных устройств — низкую стоимость при массовом производстве, миниатюрность, низкую потребляемую мощность — с возможностью измерения концентрации газов и жидкостей в широких пределах и с достаточно высокой точностью. Разработанные приборы делятся на две группы: металлооксидные и структурные полупроводниковые сенсоры.

Металлооксидные сенсоры. Изготавливаются по толстопленочной технологии. В качестве подложки в них использован поликристаллический оксид алюминия, на который с двух сторон нанесены нагреватель и металлооксидный газочувствительный слой. Чувствительный элемент помещен в газопроницаемый корпус, удовлетворяющий требованиям взрывопожаробезопасности.

Сенсоры способны определять концентрацию горючих газов (метана, пропана, бутана, водорода и т.д.) в воздухе в интервале от 0,001% до единиц процентов, а также токсичных газов (угарного газа, арсина, фосфина, сероводорода и т.д.) на уровне предельно допустимой концентрации (ПДК). Они могут быть также использованы для одновременного и селективного определения концентрации кислорода и водорода в инертных газах, например для ракетной техники. Для нагрева эти приборы требуют рекордно низкую для своего класса электрическую мощность — менее 150 мВт. Металлооксидные сенсоры предназначены для применения в сигнализаторах утечки газов и системах пожарной сигнализации (как стационарных, так и карманных).

Структурные полупроводниковые сенсоры. Это сенсоры на основе кремниевых структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), металл-твердый электролит-полупроводник и диоды Шотки.

МДП-структуры с затвором из палладия или платины используются для определения концентрации водорода в воздухе или инертных газах. Порог обнаружения водорода — порядка 0,00001%. Сенсоры успешно применялись для определения концентрации водорода в теплоносителе ядерных реакторов с целью поддержания их безопасности. Структуры с твердым электролитом (трифторид лантана, проводящий по ионам фтора) предназначены для определения концентрации фтора и фторидов (прежде всего фтористого водорода) в воздухе. Работают при комнатной температуре, позволяют определять концентрацию фтора и фтористого водорода на уровне 0,000003%, что составляет примерно 0,1 ПДК. Измерение утечек фтористого водорода особенно важно для определения экологической обстановки в регионах с крупным производством алюминия, полимеров, ядерного топлива.

Подобные структуры, выполненные на основе карбида кремния и работающие при температуре около 500 °С, могут использоваться для измерения концентрации фреонов.

Индикатор оксида углерода и водорода СО-12

Отмеченный на международных выставках способ раннего обнаружения пожара обеспечивает одновременный контроль относительных концентраций в воздухе двух или более газов, таких как ароматические углеводороды, водород, оксид и диоксид углерода. Полученные значения сравниваются с заданными, и в случае их совпадения формируется сигнал тревоги. Контроль и сравнение относительных концентраций газовых компонент проводятся с заданной периодичностью. Возможность ложных срабатываний измерительного устройства при повышении концентрации одного из газов исключена, если нет возгорания.

В качестве измерительного устройства предложен индикатор СО-12, предназначенный для обнаружения в воздушной атмосфере газообразного оксида углерода и водорода в диапазоне их концентраций от 0,001 до 0,01%. Прибор представляет собой девятиуровневый пропорциональный индикатор в виде линейки светодиодов трех цветов — зеленого (диапазон малых концентраций), желтого (средний уровень) и красного (высокий уровень). Каждому диапазону соответствуют три светодиода. При загорании красных светодиодов включается звуковой сигнал, предостерегающий людей об опасности отравления.

Принцип работы индикатора основан на регистрации изменения сопротивления (R) полупроводникового газочувствительного сенсора, температура которого стабилизируется на уровне 120 °С в процессе измерений.

При этом нагревательный элемент включен в обратную связь операционного усилителя — терморегулятора — и периодически, каждые 6 с, отжигается в течение 0,5 с при температуре 450 °С. Далее следует изотермическая релаксация сопротивления R при взаимодействии с угарным газом. Измерение R осуществляется перед следующим отжигом (рис. 3, точка C, далее следует отжиг — О). Процессом измерения и выводом на индикатор данных управляет программируемое устройство.

Его основные технические характеристики:

Индикатор можно эффективно использовать в качестве пожарного сигнального устройства как в жилых помещениях, так и на промышленных объектах. Дачные домики, коттеджи, бани, сауны, гаражи и котельные, предприятия с производством, основанном на использовании открытого огня и термообработки, предприятия горнодобывающей, металлургической и нефтегазоперерабатывающей промышленности и, наконец, автомобильный транспорт — вот далеко не полный список объектов, где индикатор СО-12 может быть полезен.

Подобные пожарные извещатели раннего обнаружения, объединенные в единую сеть и контролирующие газовыделение при тлении материалов перед их возгоранием, при размещении на промышленных объектах позволяют предупредить аварийные ситуации не только на наземных объектах пожарной охраны, но и в подземных сооружениях, угольных разрезах, где в результате перегрева оборудования, транспортирующего уголь, может произойти возгорание угольной пыли. Каждый датчик, имеющий световой и звуковой сигналы оповещения, способен не только информировать о степени загазованности территории, но и предупредить об опасности персонал, находящийся в непосредственной близости к экстремальному месту. Стационарные пожарные датчики, установленные в жилых помещениях, могут предотвратить взрыв бытового газа, отравление угарным газом и возникновение пожара из-за неисправности бытовой техники или грубого нарушения условий ее эксплуатации путем автоматического отключения от сети.

Электроника №4, 2001

УДК 614.842.4

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ РАННЕГО ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРА

М. В. Савин, В. Л. Здор

Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России

Дается краткая характеристика различных типов пожарных извещателей, их положительных качеств и недостатков. Подробно рассматриваются устройство и преимущества аспи-рационных пожарных извещателей.

Одним из самых важных элементов системы пожарной сигнализации являются пожарные из-вещатели. Они подразделяются в зависимости от того типа физического фактора пожара, на который реагируют, и, соответственно, классифицируются на тепловые, дымовые, газовые, извещатели пламени, комбинированные. Кроме того, в зависимости от конфигурации измерительной зоны различают пожарные извещатели точечные, многоточечные и линейные. Точечный пожарный извещатель реагирует на фактор пожара, контролируемый вблизи его компактного чувствительного элемента. Многоточечный пожарный извещатель характеризует дискретное расположение точечных чувствительных элементов в измерительной линии. Линейный пожарный извещатель-это извещатель, геометрическая форма зоны контроля которого имеет протяженный участок, то есть контроль окружающей среды проводится на протяжении некоторой линии. У каждого типа пожарных извещателей есть свои преимущества и недостатки. Совокупность этих свойств и определяет область их применения. Но все же для всех этих извещателей характерен один общий недостаток - это так называемое "пассивное" сканирование защищаемой площади. Ведь они фактически ждут, пока факторы, сопровождающие пожар (дым, повышенная температура), сами окажутся в поле обнаружения извещателя. В частности, дымовой пожарный извещатель только тогда выдаст тревожное извещение, когда дым попадет в камеру извещателя, что существенно зависит от наличия воздушных потоков в защищаемом помещении.

В настоящее время на нашем рынке стали активно внедряться аспирационные пожарные извещате-ли. Они представляют собой собственно извеща-тель, состоящий из чувствительного элемента и схемы обработки сигналов, который может быть расположен как внутри, так и вне защищаемого помещения, и систему заборных трубопроводов, по которым транспортируются пробы воздуха из за-

щищаемого помещения к чувствительному элементу аспирационного пожарного извещателя.

Аспирационные пожарные извещатели имеют несколько основных преимуществ перед традиционными системами обнаружения дыма. В первую очередь, обеспечение доставки проб воздуха к чувствительному элементу независимо от наличия принудительных и естественных воздушных потоков в защищаемом помещении.

Аспирационные пожарные извещатели обеспечивают так называемое кумулятивное обнаружение. Когда дым распространяется и рассеивается по всему помещению, его концентрация уменьшается и становится все труднее обнаружить его традиционными средствами. Кумулятивное обнаружение относится к способности забирать воздух из многих точек в пределах защищаемой зоны в один изве-щатель. Аспирационные пожарные извещатели непрерывно отбирают небольшие количества проб воздуха по всей защищаемой зоне и переносят их к чувствительному элементу аспирационного пожарного извещателя.

Одной из сервисных функций современных ас-пирационных пожарных извещателей является способность непрерывно следить за общим фоном запыленности воздуха, прогнозируя и подстраивая свою работу в соответствии с реалиями защищаемого объекта. Это еще одно из возможных применений данного изделия - мониторинг чистоты воздуха в помещении. Кроме этого, большинство извещателей постоянно анализируют возможные неисправности в своей работе (загрязнение в трубках, засорение дымовсасывающих отверстий и т.д.).

По существу аспирационные пожарные извеща-тели - это интеллектуальные пожарные микростанции. Они так же, как и обычные системы пожарной сигнализации, имеют в своем составе стационарное и периферийное оборудование. В качестве периферийного оборудования выступают как система заборных трубопроводов с дымовсасы-вающими капиллярными трубками, так и различ-

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 6"2003

ные модули (рис. 1), предназначенные для выполнения таких функций, как обеспечение визуальной индикации состояния аспирационного извещателя в отдельных зонах, настройка, проверка и сервисное обслуживание, а также программирование какого-либо отдельного извещателя и всей сети в целом.

В качестве чувствительного элемента аспира-ционных пожарных извещателей могут использоваться как обычные пожарные извещатели (дымовые или газовые) (рис. 2), так и интеллектуальные системы обнаружения дыма по методу сканирующей лазерной технологии (рис. 3).

Разберем принцип действия аспирационных пожарных извещателей на примере извещателей серии VESDA фирмы "Vision Fire & Security". Воздух из защищаемого помещения непрерывно всасывается в извещатель при помощи высокоэффективного вентилятора (аспиратора) через систему заборных трубопроводов (рис. 4). Проба этого воздуха пропускается через фильтры. Сначала удаляется пыль и загрязнение до того, как проба поступает в оптическую камеру обнаружения дыма. Затем, на второй ступени очистки (если она имеется), обеспечивается дополнительная подача порции чистого

воздуха для предотвращения загрязнения оптических поверхностей и обеспечения стабильности калибровки и длительного срока службы аспирационного извещателя. После фильтра проба воздуха поступает в измерительную камеру, в которой происходит распознавание наличия дыма. Затем сигнал обрабатывается и индицируется посредством линейного шкального индикатора, пороговых индикаторов сигнала тревоги или графического дисплея (в зависимости от модификации извещателя). Далее аспирационные извещатели через реле или интерфейс могут передавать эту информацию на приборы приемно-контрольный пожарный, пожарный управления, на пульт централизованного наблюдения или другие внешние устройства.

Возникающие загорания проходят обычно четыре стадии: тление, видимый дым, пламя и пожар. На рис. 5 показано, как протекает развитие загорания во времени. Обратите внимание на то, что продолжительность первой стадии - тления - обеспечивает больше времени для обнаружения потенциального пожара и, соответственно, борьбы с его распространением, прежде чем он причинит значительный ущерб и разрушения. Традиционные дымовые пожарные извещатели зачастую обнаруживают дым, когда пожар уже начался, что приводит к

t-я стадия: 2-я стадия:

Тлеющий пожар Видимый

1 Традиционные

3-я стадия Пламя

4-я стадия! Пожар I

VESDA Пожар 2 (Включается система пожаротушения)

значительному материальному ущербу. Ряд аспира-ционных пожарных извещателей благодаря своим особенностям позволяет обнаружить пожар на стадии тления и распознать процесс его распространения.

Область применения аспирационных пожарных извещателей достаточно широка:

На складах;

В универсамах широкого профиля, которые содержат различные объемы товарно-материальных запасов: от сырьевых производственных материалов и оптовых товаров до розничных предметов потребления и готовой продукции;

В узлах электронной обработки данных, таких как центры обработки данных Internet, управления сетью и подобные системы, которые представляют значительную опасность пожара из-за их большой потребности в электроэнергии и плотности электронных схем;

На участках с чистыми производственными помещениями, например такими, как установки по производству полупроводников, научно-исследовательские и опытно-конструкторские организации, фармацевтические производственные мощности, представляющие значительную опасность пожара из-за постоянного снабжения воспламеняющимися материалами;

В энергетической промышленности, которая использует для выработки электроэнергии различные типы топлива.

Аспирационные пожарные извещатели с системой фильтрации воздуха имеют низкую вероят-

ность подачи ложных сигналов тревоги, что позволяет уменьшить значительный материальный ущерб, который мог бы возникнуть при ложном пуске систем пожаротушения, остановке технологического процесса и т.п.

В то же время аспирационные пожарные извещатели можно использовать в зданиях и помещениях с повышенными требованиями к эстетике - это современные офисы, зрительные, репетиционные, лекционные, читальные и конференц-залы, комнаты заседаний, кулуарные, фойе, холлы, коридоры, гардеробные, а также исторические здания, соборы, музеи, выставки, галереи искусств, книгохранилища, архивы.

Аспирационные пожарные извещатели возможно использовать:

В экстремальных условиях: при низких температурах, механических перегрузках и жестких условиях эксплуатации, так как система заборного трубопровода и непосредственно чувствительный элемент извещателя могут быть установлены в разных помещениях;

Они могут работать как самостоятельно в качестве индивидуальных средств, так и в составе автоматических систем сбора и обработки информации об обстановке и передачи сигналов на внешние устройства различным способом (по проводам, радиоканалу и др.);

В качестве эффективных средств формирования стартового сигнала для запуска систем пожаротушения благодаря наличию нескольких уровней сигналов тревоги и настраиваемому диапазону чувствительности. При этом для осуществления алгоритма пуска средств пожаротушения предполагается наличие двух отдельных точек детектирования, которые необходимы для срабатывания системы, то есть наличие двух отдельных аспирационных пожарных извещателей. Таким образом, дымовые пожарные извещатели

аспирационного типа являются серьезным дополнением в комплексе мер по обеспечению безопасности помещений наряду с традиционными пожарными извещателями, ни в коем случае не уменьшая значимости и возможностей последних.

ПOЖAPOBЗPЫBOБEЗOПACHOCTЬ 6"2003

Компания-производитель "Vision Fire & Security" "Securiton-Hekatron" "ESSER"

Характеристика Наименование аспирационного пожарного извещателя

VESDA Laser VESDA Laser PLUS SCANNER VESDA Laser COMPACT RAS ASD 515-1 RAS ASD XL ARS 70 LRS-S 700

Питание, В 18...30 18.30 18.30 20.28 18.38 24.30 18.30

Температура эксплуатации, °С -20...+60 -20...+60 -20...+60 0...+60 0...+52 0...+50 -10.+60

Чувствительность, % 0,005.20 0,005.20 0,005.20 Определяется пожарным извещателем 0,005.1 Определяется пожарным извещателем 0,005.20

Технология определения дыма Лазерная Лазерная Лазерная Оптический дымовой пожарный изве-щатель Лазерная Оптический дымовой пожарный изве-щатель Лазерная

Максимальная длина трубы в луче, м 200 200 50 60 60 80 200

Диаметр трубы, мм 25 25 25 25/40 25/40 25 25

Диаметр отверстия, мм 2.6 2.6 2.6 3.4 3.4 2.6 2.6

Максимальная защищаемая площадь, м2 2000 2000 500 800 800 1200 1600

Количество фильтров, шт. 2 2 2 Нет Нет 1 2

Количество уровней пожарной опасности, шт. 4 4 2 1 4 1 4

Габариты, мм 350 х 225 х 125 350 х 225 х 125 225 х 225 х 85 285 х 360 х 126 317 х 225 х 105 285 х 360 х 126 225 х 225 х 95

Вес, кг 4,0 4,0 1,9 2,7 3,4 2,7 3,5

Работа в сети VESDANet (99 устройств) VESDANet (99 устройств) VESDANet (99 устройств) Нет LaserNet (127 устройств) Нет VESDANet (99 устройств)

Режим автокомпенсации AutoLearntm программируется AutoLearntm программируется AutoLearntm программируется Нет Есть Нет Программируется

На российском рынке в настоящее время сертифицированы аспирационные пожарные извещате-ли следующих ведущих западных компаний:

"Vision Fire & Security" (Австралия) - извеща-тели пожарные дымовые аспирационные серии VESDA Laser PLUS (рис. 6), VESDA Laser SCANNER (рис. 7), VESDA Laser COMPACT (рис. 8);

"Schrack Seconet AG" (Австрия) - извещатели пожарные дымовые аспирационные RAS ASD

515-1 (FG030140), производство "Securiton-Hekatron", Германия (рис. 9);

"Fittich AG" (Швейцария) - извещатели пожарные дымовые аспирационные RAS ASD 515-1, производство "Securiton-Hekatron", Германия;

"MINIMAX GmbH" (Германия) - извещатели пожарные аспирационные АМХ 4002.

В таблице представлены сравнительные характеристики некоторых типов аспирационных пожарных извещателей.

Стоимость ущерба от пожара даже в отдельно взятом помещении может достигать внушительных сумм. Например, когда в помещениях находится оборудование, цена которого значительно превышает расходы на устройство пожарной защиты. Традиционные способы тушения огня в этом случае непригодны, поскольку их использование грозит не меньшим ущербом, чем сам пожар.

Именно поэтому растет потребность в системах раннего обнаружения возгорания, которые смогут выявить признаки огня в зачаточной стадии и принять оперативные меры по его предотвращению. Аппаратура раннего обнаружения пожара выполняет свои функции за счет сверхчувствительных датчиков. Это датчики температуры, дыма, а также химические, спектральные (реагирующие на пламя) и оптические. Все они являются частью единой системы, направленной на раннее обнаружение и сверхоперативную локализацию возгорания.

Важнейшую роль здесь играет свойство устройств раннего обнаружения пожара по постоянному мониторингу химического состава воздуха. При горении пластмассы, оргстекла, полимерных материалов состав воздуха резко изменяется, что и должна зафиксировать электроника. Для подобных целей широко применяются полупроводниковые газочувствительные сенсоры, материал которых способен изменять электрическое сопротивление от химического воздействия.

Системы с использованием полупроводников все время совершенствуются, рынок полупроводников постоянно растет, о чем свидетельствуют показатели финансовых рынков. Современные полупроводниковые сенсоры способны уловить минимальные концентрации веществ, выделяемых при горении. В первую очередь это водород, оксид и диоксид углерода, ароматические углеводороды.

На обнаружении первых признаков пожара работа систем пожаротушения только начинается. Аппаратура обнаружения действует четко и быстро, заменяя собой нескольких человек и исключая человеческий фактор при тушении огня. Эти устройства в идеальном случае связаны со всеми инженерными системами здания, которые могут ускорить или замедлить распространение пожара. Система раннего обнаружения при необходимости полностью отключит вентиляцию помещения, в необходимом количестве - элементы электроснабжения, включит тревогу, обеспечит своевременную эвакуацию людей. И самое главное - запустит комплекс пожаротушения.

На самых ранних стадиях потушить огонь намного легче, чем на последующих, и на это может уйти всего несколько минут. Тушение пожара на зачаточных стадиях может производиться с помощью методов, исключающих физическое разрушение объектов, находящихся в помещении. Таким методом является, например, тушение с помощью замены кислорода на негорючий газ. В этом случае сжиженный газ при переходе в летучее состояние понижает температуру в помещении или на конкретном участке, а также подавляет реакцию горения.

Противопожарные двери - неотъемлемая часть любой системы пожарной безопасности. Это - элемент конструкции, препятствующий распространению пожара в соседние помещения в течение определенного времени.

Устройства раннего обнаружения возгорания обязательны в первую очередь для обеспечения безопасности людей. Необходимость их доказана многочисленным и горьким опытом. Пожар - одно из самых непредсказуемых стихийных бедствий, о чем говорит вся история человеческой цивилизации. В наше время этот фактор не стал менее актуальным. Напротив, сегодня даже локальное возгорание может нанести катастрофические убытки, связанные с выходом из строя дорогостояшего оборудования и техники. Именно поэтому выгодно вложить деньги в такую систему раннего обнаружения.

Данная система предназначена для обнаружения начальной стадии пожара, передачи извещения о месте и времени его возникновения и при необходимости включения автоматических систем пожаротушения и дымоудаления.

Эффективной системой оповещения пожарной опасности является применение систем сигнализации.

Система пожарной сигнализации должна:

* - быстро выявить место возникновения пожара;

* - надёжно передавать сигнал о пожаре на приёмно-контрольное устройство;

* - преобразовывать сигнал о пожаре в форму, удобную для восприятия персоналом охраняемого объекта;

* - оставаться невосприимчивой к влиянию внешних факторов, отличающихся от факторов пожара;

* - быстро выявлять и передавать извещение о неисправностях, препятствующих нормальному функционированию системы.

Средствами противопожарной автоматики оборудуют производственные здания категорий А, Б и В, а также объекты государственной важности.

Система пожарной сигнализации состоит из пожарных извещателей и преобразователей, преобразующих факторы появления пожара (тепло, свет, дым) в электрический сигнал; прёмно- контрольной станции, передающей сигнал и включающей световую и звуковую сигнализацию; а также автоматические установки пожаротушения и дымоудаления.

Обнаружение пожаров на ранней стадии облегчает их тушение, что во многом зависит от чувствительности датчиков.

Автоматические системы пожаротушения

Автоматические системы пожаротушения предназначены для тушения или локализации пожара. Одновременно они должны выполнять и функции автоматической пожарной сигнализации.

Установки автоматического пожаротушения должны отвечать следующим требованиям:

* - время срабатывания должно быть меньше предельно допустимого времени свободного развития пожара;

* - иметь продолжительность действия в режиме тушения, необходимую для ликвидации пожара;

* - иметь необходимую интенсивность подачи (концентрацию) огнетушащих веществ;

* - надёжность функционирования.

В помещениях категорий А, Б, В применяются стационарные установки пожаротушения, которые подразделяются на аэрозольные (галоидоуглеводородные), жидкостные, водяные (спринклерные и дренчерные), паровые, порошковые.

Наибольшее распространение в настоящее время приобрели спринклерные установки для тушения пожаров распылённой водой. Для этого под потолком монтируется сеть разветвлённых трубопроводов, на которых размещают сприклеры из расчёта орошения одним спринклером от 9 до 12м 2 площади пола. В одной секции водяной системы должно быть не менее 800 спринклеров. Площадь пола, защищаемая одним спринклером типа СН-2, должна быть не более 9м 2 в помещениях с повышенной пожарной опасностью (при количестве горючих материалов более 200кг на 1м 2 ; в остальных случаях - не более 12м 2 . Выходное отверстие в спринклерной головке закрыто легкоплавким замком (72°С, 93°С, 141°С, 182°С), при расплавлении которого вода разбрызгивается, ударяясь о дефлектор. Интенсивность орошения площади составляет 0,1л/с м 2

Спринклерные сети должны находиться под давлением, способным подать 10л/с. Если при пожаре вскрылся хотя бы один спринклер, то подаётся сигнал. Контрольно-сигнальные клапаны располагаются на заметных и доступных местах, причём к одному контрольно-сигнальному клапану подключают не более 800 спринклеров.

В пожароопасных помещениях рекомендуется подавать воду сразу по всей площади помещения. В этих случаях применяют установки группового действия (дренчерные). Дренчерные - это спринклеры без плавких замков с открытыми отверстиями для воды и других составов. В обычное время выход воды в сеть закрыт клапаном группового действия. Интенсивность подачи воды 0,1л/с м 2 и для помещений повышенной пожарной опасности (при количестве сгораемых материалов 200кг на 1м 2 и более) - 0,3л/с м 2 .

Расстояние между дренчерами не должно превышать 3м, а между дренчерами и стенами или перегородками - 1,5м. Площадь пола, защищаемая одним дренчером, должна быть не более 9м 2 . В течение первого часа тушения пожара должно подаваться не менее 30л/с

Установки позволяют осуществлять автоматическое измерение контролируемых параметров, распознавание сигналов при наличии взрывопожароопасной ситуации, преобразование и усиление этих сигналов, и выдачу команд на включение исполнительных приспособлений защиты.

Сущностью процесса прекращения взрыва является торможение химических реакций путём подачи в зону горения огнетушащих составов. Возможность прекращения взрыва обусловлена наличием некоторого промежутка времени от момента возникновения условий взрыва до его развития. Этот промежуток времени, условно названный периодом индукции (ф инд), зависит от физико-химических свойств горючей смеси, а также от объёма и конфигурации защищаемого аппарата.

Для большинства горючих углеводородных смесей ф инд составляет порядка 20% от общего времени взрыва.

Для того чтобы автоматическая система противовзрывной защиты отвечала своему назначению, должно выполняться следующее условие: Т АСПВ < ф инд, то есть, время срабатывания защиты должно опережать время индуктивного периода.

Условия безопасного применения электрооборудования регламентируется ПУЭ. Электрооборудование подразделяют на взрывозащищённое, пригодное для пожароопасных зон, и нормального выполнения. Во взрывоопасных зонах позволяется применять только взрывозащищённое электрооборудование, дифференцированное по уровням и видам взрывозащиты, категориям (характеризующиеся безопасным зазором, то есть максимальным диаметром отверстия, через которое пламя данной горючей смеси не способно пройти), группам (которые характеризуются Т с данной горючей смеси).

Во взрывоопасных помещениях и зонах внешних установок применяют специальное электроосветительное оборудование, выполненное в противовзрывном варианте.

Дымовые люки

Дымовые люки предназначены для обеспечения незадымляемости смежных помещений и уменьшения концентрации дыма в нижней зоне помещения, в котором возник пожар. Открыванием дымовых люков создаются более благоприятные условия для эвакуации людей из горящего здания, облегчается работа пожарных подразделений по тушению пожара.

Для удаления дыма в случае пожара в подвальном помещении нормы предусматривают устройство окон размером не менее 0,9 х 1,2м на каждые 1000м 2 площади подвального помещения. Дымовой люк обычно перекрывается клапаном.

Нашей организацией на территории Воронежской области выполнен монтаж оборудования и программных средств системы раннего обнаружения лесных пожаров. На территориях Воронежской, Тамбовской и Липецкой областях осуществляется техническое сопровождение функционирования данных программно-аппаратных комплексов в интересах территориальных органов МЧС России и органов управления Лесного хозяйства.

Описание комплекса

Информационная система «Лесной Дозор» — это программно-аппаратный комплекс для мониторинга леса и раннего обнаружения лесных пожаров.

Архитектура системы мониторинга леса и раннего обнаружения лесных пожаров «Лесной Дозор»

Система «Лесной Дозор » состоит из двух частей: аппаратной и программной. Аппаратная часть — это сеть управляемых датчиков наблюдения (видеокамер, тепловизионных датчиков, инфракрасных камер). Программная часть — это специальное программное обеспечение (ПО), с помощью которого заказчик осуществляет мониторинг лесов в режиме реального времени и определяет координаты возгораний. Последнее предполагает, что система может обнаруживать огонь на предпожарной стадии — стадии возгорания, что на практике позволяет предупреждать чрезвычайные ситуации.

Для функционирования системы используется уже существующая инфраструктура мобильных операторов (сотовые вышки, аппаратура связи и обслуживающие команды). Т.к. система легко масштабируется и расширяется, она пригодна для обнаружения лесных пожаров как на небольших территориях, так и на больших площадях.

Характеристики системы

Возможная ошибка определения координат очага возгорания – до 250 метров.
Радиус обзора одной точки мониторинга – до 30 километров.
Точность определения направления на очаг возгорания – 0.5°
Время для обзора одной точки – до 10 минут. Зависит от производительности сервера заказчика.
Интеграция и учет метеорологических данных.
Интеграция и учет спутниковых данных.
Интеграция данных из сторонних информационных систем.
Возможность оперативного масштабирования и расширения системы для увеличения площади мониторинга.
Неограниченное число пользователей с доступом к системе.
Возможность оперативного получения информации на мобильные устройства.
Автоматическое обнаружение потенциально опасных объектов: дыма и пламени.

Сиcтема работает на основе современных технологий:

компьютерного зрения;
IP видеонаблюдения;
беспроводной широкополосной связи;
геоинформационных систем (ГИС);
клиент-серверных Интернет-приложений.

Система распределенного видеомониторинга «Лесной Дозор» состоит из следующих элементов:

Распределенная система видеокамер
Каналы связи, соединяющие видеокамеры с сетью Интернет
Сервер системы «Лесной Дозор » подключенный в сеть Интернет
Программное обеспечение сервера системы «Лесной Дозор »
Оборудование автоматизированного рабочего места оператора
Программное обеспечение «Лесной Дозор » автоматизированного рабочего места

Роботизированный сервер

Роботизированный сервер — это сервер системы «Лесной Дозор «, который осуществляет ряд ключевых функций, а именно:

управляет сетью видеокамер (датчиков) и осуществляет при их помощи видеонаблюдение территории, в том числе на основе заданных маршрутов патрулирования;
управляет подсистемой компьютерного зрения для поиска дыма и огня;
предоставляет рекомендации пользователю, информируя его о наличии потенциально опасных очагов возгорания.

Умная точка мониторинга

При установке системы иногда возникают ситуации, когда скорость Интернет-соединения чрезвычайно мала (меньше 512 Кбит/сек.) и передача видео данных в центр контроля затруднена. Чтобы решить эту проблему, наши специалисты используют концепцию «умной точки мониторинга».

Смысл концепции заключается в том, что основная часть данных с видеокамер обрабатывается ещё до того, как оказывается в Сети и передаётся в центр контроля. Осуществляется это благодаря специальным мини-серверам, «прикреплённым» к каждой конкретной точке мониторинга. Именно на мини-серверах осуществляется предварительный анализ медиа-информации и отсеивается «информационный шум».

Как следствие, даже через слабый Интернет оператор получает всё тот же архив потенциально опасных объектов (ПОО), что и при стандартной схеме передачи медиа данных.

Это позволяет заказчику избегать затрат на дорогостоящие каналы связи или в случаях, когда в этой местности доступ к качественному Интернет-соединению крайне затруднён.

Функционал системы «Лесной Дозор»

Возможности системы обеспечивают проведение видеомониторинга леса вблизи населённых пунктов в режиме реального времени.

Функционал системы «Лесной Дозор » позволяет осуществлять следующие действия:

Получать доступ к системе из любого центра контроля, при наличии подключения в сеть Интернет на требуемой скорости с достаточным количеством трафика.
Возможность выбора любой доступной камеры для получения с нее видеоизображения.
Менять ориентацию камеры, как по азимуту, так и по высоте, менять приближение камеры.
Устанавливать параметры получаемого с камеры видеоизображения, такие как разрешение и качество изображения (величина сжатия).
Изменять параметры используемого камерой инфракрасного фильтра для достижения приемлемых условий видимости в различных условиях.
Возможность получения информации о текущей ориентации камеры относительно севера (азимут) в виде числа и указания направления.
Получать информацию о текущем приближении камеры в виде числа и сектора обзора.
Возможность представления информации о местоположении видеокамер и их текущей ориентации.
Возможность управления камерой с помощью программных алгоритмов.
Возможность сохранения и доступа к сохраненным ориентациям камеры (привязкам) на заранее заданные объекты, например пожароопасные объекты, естественные ориентиры и т.д.
Формировать маршруты патрулирования, предназначенные для автоматического сканирования заданной территории.
Запускать маршруты патрулирования по отдельности для выбираемых камер, а также последовательно несколько маршрутов на различных камерах путем формирования списка маршрутов для просмотра.
Запускать одновременно до четырех маршрутов патрулирования в одном окне, предназначенном для обзорного мониторинга сразу нескольких камер (требуется высокая пропускная способность каналов связи).
Возможность зациклить просмотр одного маршрута или группы маршрутов.
Возможность автоматического отключения приложения при долгосрочном отсутствии активности пользователя.
Сохранять текущее изображение с камеры в виде картинки и в виде видеофайла для дальнейшего просмотра и анализа.
Возможность автоматического обновления с минимальным участием пользователя для добавления новой функциональности и устранения программных ошибок в любом месте размещения.
Возможность работы нескольких пользователей с одной камерой в режиме разделения по времени с помощью механизма блокировок управления и просмотра.
Возможность маркировки различных объектов, предназначенных для выполнения процедур по мониторингу леса (населенные пункты, ориентиры и т.д.).
Возможность отображения на видеоизображении, поступающем с камеры, объектов, попадающих в область обзора с обозначением типа объекта.
Определять направление на видимый пожар при видимости с одной камеры с точностью 0,5 градуса и осуществлять маркировку данного объекта.
Определять точные географические координаты видимого не менее чем с 2-х камер пожара с точностью 250м и отображать его в информационной базе.
Возможность определения квартала по географическим координатам.
Возможность представления информации о текущей пожарной обстановке на мобильном телефоне.
Определять координаты пожара на основе информации поступающей от системы наземного мониторинга – с пожарно-наблюдательных вышек. Осуществлять маркировку пожара.
Возможность корректировки ориентации камеры при её физическом смещении, для сохранения всех привязок ориентации камеры.
Возможность представления в едином информационном блоке информации с различных информационных источников (метеорологические данные, данные с системы спутникового мониторинга и др.).
Возможность автоматического обнаружения очагов возгорания системой и сигнализации оператору при просмотре маршрутов патрулирования (требуется высокая производительность процессора).
Возможность автоматического обнаружения очагов возгорания системой и сигнализации оператору при выполнении мониторинга в ручном режиме (требуется высокая производительность процессора).
Автоматическое обнаружение очагов возгорания и сохранение фотоинформации и информации о направлении на потенциально опасный объект в архиве.
Предоставление доступа к архиву потенциально опасных объектов, обнаруженных автоматической системой, с возможностью уточнения.
Возможность обмениваться оперативными сообщениями о сложившейся ситуации с другими операторами и группами операторов в рамках выполнения задач по обнаружению и ликвидации пожаров.
Получать уведомления, указания, рекомендации от администраторов системы по вопросам функционирования компонентов продукта.

Комплекс программного обеспечения

Программная часть написана на платформе.NET с использованием MS SQL Express и представляет собой микро-сервисную архитектуру. Программно-аппаратная часть имеет систему распределенных серверов плюс сервер для хранения головных баз данных. Система имеет блок раннего обнаружения пожаров, написанный на C++ и встроенный в так называемый камера контроллер. Система представляет дружественный интерфейс и обладает широким функционалом, а именно

Круглосуточное патрулирование камерой территории лесного массива по проложенным маршрутам;
Автоматическое определение пожароопасного объекта;
Определение расстояния до пожароопасного объекта, прокладка до него маршрута;
Возможность присваивания различных категорий пожароопасному объекту;
Хранение роликов в соответствии с пожароопасным объектом;
Хранение архива всех объектов присутствующих в программе;
Визуализация сил и средств тушения пожаров;
Поддержка квартальных карт;
Много сервисных функций
Комплекс “Лесной дозор” в настоящее время поставляется как декстопная так и веб-версия.

Каналы передачи тревожного сигнала

Интернет
Мобильные сети
Встроенная система оповещения

Информирование всех необходимых служб

Департаменты Лесного дозора
Администрации городов и поселков
Районные администрации
Экологические службы