АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ШЛЕЙФА ДВУХПОРОГОВОГО ППКП

 АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ШЛЕЙФА ДВУХПОРОГОВОГО ППКП

Требования по согласованию не­адресных ППКП с неадресными пожарными извещателями из­ложены в общем виде В ГОСТ Р 53325­2009 «Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования.

Методы испы­таний». В п. 4.2.1.1 указано, что «извеща­тели пожарные, взаимодействующие с прибором приемно-контрольным пожар­ным, должны обеспечивать информацион­ную и электрическую совместимость с ним». В п. 4.2.1.3 содержится требова­ние: «электрические характеристики извещателей пожарных (напряжение и токи дежурного режима и режима тре­вожного извещения) должны быть уста­новлены в технической документации (ТД) на извещатели пожарные конкрет­ных типов и должны соответствовать электрическим характеристикам шлейфа пожарной сигнализации пожарного при­емно-контрольного прибора, с которым предполагается использовать извещате­ли пожарные».

В технической документации на при­емно-контрольные приборы по п. 7.2.1.5 ГОСТ Р 53325-2009 должны быть указаны «диапазоны тока в неадресном шлейфе сигнализации, в том числе максимальный ток питания извещателей, при котором ППКП регистрирует все предусмотренные виды извещений и диапазон питающих напряжений». Как правило, в документа­ции на ППКП приводится максимально допустимый ток потребления активных извещателей, уровень ограничения тока шлейфа в режиме «Пожар», достаточно часто — диапазон сопротивлений шлей­фа, соответствующий различным режи­мам, но значения напряжений и токов шлейфа обычно не указываются, что за­трудняет оценку совместимости конкрет­ного типа извещателей и ППКП. Причем в настоящее время по экономическим причинам используются практически ис­ключительно только так называемые двух­пороговые ППКП с идентификацией сработки 1-го и 2-го извещателя, что и определило появление проблемы согла­сования извещателей с ППКП [1].

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ПОЖАРНЫХ ШЛЕЙФОВ

Различные варианты построения по­жарных приемно-контрольных приборов с точки зрения обеспечения надежности подробно рассмотрены в статье В. Бака­нова [2]. В статье А. Пинаева и М. Ни­кольского [3] существующие методы кон­троля состояния неадресных шлейфов сведены к двум типам:

• контроль по напряжению шлейфа;
• контроль по току шлейфа.

Упрощенная структура шлейфа может быть представлена в виде источника на­пряжения Uxx, порядка 12-24 В, токоизме­рительного резистора Rппкп (Р^ис— 1), зна­чение которого для различных приборов может изменяться в широких пределах, от сотни Ом до нескольких кОм, и устрой­ства обработки информации с установ­ленными порогами, соответствующими границам режимов шлейфа. В этом пла­не ППКП можно разделить на приборы с высокоомным выходом шлейфа, где то­коизмерительный резистор одновременно играет роль токоограничивающего ре­зистора, обеспечивающего ток короткого замыкания шлейфа на уровне порядка 20 мА, и с низкоомным выходом, порядка 100 Ом, где для ограничения тока шлей­фа используется дополнительная схема.

Значение напряжения Uxx соответствует напряжению шлейфа без нагрузки, т.е. в режиме холостого хода. Для контроля об­рыва шлейфа устанавливается оконеч­ный резистор R_Ok обычно в пределах от 3,3 до 9,1 кОм, в зависимости от типа ППКП. Состояние шлейфа ППКП может определяться по току шлейфа, посред­ством измерения напряжения на токоиз­мерительном резисторе. По каким-то при­чинам в документации на ППКП обычно указывается только сопротивление шлей­фа в различных режимах. В общем случае сопротивление шлейфа Rшc пропорцио­нально отношению напряжения шлейфа к напряжению на токоизмерительном резисторе ^С = ^ПКПШС ^/ ^ППКП ^{А так} как обычно используется стабилизиро­ванный источник, то сумма напряжений ишс + икППКП постоянна и равна напряже­нию U_xx и режим шлейфа определяется по любой из этих величин.

ппкп

Рис. 1. ППКП контролирует ток шлейфа по напряжению на резисторе

Рассмотрим несколько примеров по­жарных шлейфов при различных значени­ях напряжения Uxx, токоизмерительного резистора Rппкп и оконечного резистора Roк. Определим примерные пороги по току, по напряжению и, исходя из условия однозначного определения режима шлейфа в соответствии с требованиями п. 7.2.1.5 ГОСТ Р 53325-2009, оценим до­пустимые токи потребления активных из­вещателей в дежурном режиме.

ПРИМЕР № 1

Комбинированный шлейф, т.е. вклю­чены извещатели с нормально разомкну­тыми контактами и с нормально замкну­тыми контактами, при этом определяется срабатывание 1-го и 2-го извещателя на за­мыкание и на размыкание (рис. 2). Этот тип шлейфа имеет максимальное число режимов 7:

• обрыв шлейфа;
• срабатывание двух извещателей на размыкание — «Пожар 2»;
• срабатывание одного извещателя на размыкание — «Пожар 1»;
• дежурный режим;
• срабатывание одного извещателя на замыкание — «Пожар 1»;
• срабатывание двух извещателей на замыкание — «Пожар 2»;
• короткое замыкание шлейфа и, соответственно, 6 порогов.

В качестве исходных характеристик зададим типовые параметры: напряже­ние разомкнутого шлейфа Uxx равным 20 В, токоограничивающий резистор шлейфа RnnKn возьмем 1 кОм,чтобы обеспечить ограничение тока короткого замыкания на уровне 20 мА, оконечный резистор Rok 7,5 кОм ± 5%, максимальное сопротивление кабеля шлейфа Rkab 220 Ом и минимальное сопротивление утечки R_yT между проводами шлейфа 50 кОм.

Тогда номинальный ток шлейфа в дежурном режиме составит 1_деж =^Uxx ^/(RnnKn + ^rok) = ^{20 В /(1}+⁷,⁵) ^кОм = 2,35 мА. Определим максимальный разброс параметров шлейфа, т.е. при минимальном значении оконечного резистора Rok — 5% будем учитывать со­противление утечки шлейфа 50 кОм, а при максимальном значении Rok + 5% будем учитывать сопротивление кабеля 220 Ом.

Извещатели с нормально разомкну­тыми контактами включаем в шлейф с до­полнительными резисторами Rдon = 1,6 кОм ±5%, извещатели с нормально замкнутыми контактами — с балластны­ми резисторами RБАЛ = 4,7 кОм ±5% (рис. 2). Параметры шлейфа для мини­мального, номинального и максимально­го сопротивления шлейфа для различных режимов приведены в таблице 1.

Табл. 1.

		Обрыв шлейфа	Сработка двух извещателей на размыкание	Сработка одного извещателя на размыкание	Дежурный режим	Сработка одного извещателя на замыкание	Сработка двух извещателей на замыкание	Короткое замыкание шлейфа
Сопротивление шлейфа, кОм	мин. номин .	50 u	12,15 16,9	9,41 12,2	6,24 7,5	1,22 1,32	0,68 0,72	0 0
	макс.	u	17,96	13,03	8,1	1,60	0,98	0,22
	макс.	0,40	1,52	1,92	2,76	9,00	11,9	20
Ток шлейфа, мА	номин .	0	1,12	1,52	2,35	8,63	11,6	20
	мин.	0	1,05	1,43	2,20	7,68	10,1	16,39
Напряжение шлейфа, В	мин.	19,61	18,48	18,08	17,24	11,00	8,08	0
	номин .	20	18,88	18,48	17,65	11,37	8,39	0
	макс.	20	18,95	18,57	17,80	12,32	9,89	3,61

Рис. 3. Режимы комбинированного шлейфа

Обычно в документации на ППКП при­водятся границы сопротивления шлейфа, соответствующие различным режимам, однако рассмотрение соответствующих им токов и напряжений дает дополни­тельную информацию, позволяет оценить помехоустойчивость и определить мак­симально допустимый ток потребления извещателей в дежурном режиме. Дан­ные таблицы 1 показывают, что облас­ти срабатывания одного и двух извещателей на размыкание пересекаются, при сопротив­лении утечки между проводами шлейфа 50 кОм и при сработке двух извещателей ток шлейфа будет соответствовать номи­нальному току при сработке одного извещателя. То есть прибор не сможет идентифицировать сработку второго из­вещателя! Кроме того, необходимо отме­тить, что даже номинальные токи и на­пряжения шлейфа, без учета кабеля, различаются незначительно при срабатывании извещателей на размыкание. При сра­батывании первого извещателя ток шлейфа снижается на 0,83 мА, а при срабатывании вто­рого извещателя всего лишь на 0,4 мА.

Теперь определим допустимый ток по­требления извещателей в дежурном режи­ме. Александр Зайцев предложил ввести термин, который ясно определяет возни­кающую проблему: «ток обрыва шлей­фа». Действительно, в соответствии с тре­бованиями ГОСТ Р 53325-2009 п. 7.2.1.1, «ППКП должны обеспечивать… автома­тический контроль целостности линий связи с внешними устройствами (ИП и другими техническими средствами), све­товую и звуковую сигнализацию о воз­никшей неисправности».

В общем случае обрыв шлейфа идентифицируется по сни­жению тока шлейфа при отключении око­нечного резистора. При этом необходимо учитывать ток потребления пожарных извещателей и сопротивление утечки между проводами шлейфа. Какой ток по­требления извещателей желательно обес­печить? Если одним шлейфом защищает­ся до 10 помещений, по 3 извещателя в помещении, при токе дежурного режима извещателя порядка 0,1 мА необходимо обеспечить ток 3 мА.

Однако в соответ­ствии с данными таблицы 1, если обрыв шлейфа произойдет в конце шлейфа и величина тока составит 2-3 мА, ППКП ос­танется в дежурном режиме и не обна­ружит неисправность. Если при обрыве шлейфа отключится примерно половина извещателей, а оставшаяся часть изве­щателей будет потреблять примерно 1,5 мА, прибор выдаст сигнал «Пожар 1», так как эта величина тока шлейфа соот­ветствует срабатыванию одного извещателя на размыкание (рис. 3).

Соответственно, ес­ли обрыв шлейфа определит ток извеща­телей порядка 1,2 мА, то прибор выдаст сигнал «Пожар 2»! Какой же «ток обры­ва» в рассматриваемом случае? Естест­венно, он должен быть меньше тока шлей­фа, соответствующего формированию сигнала «Пожар 2» при активизации двух извещателей с нормально замкнутыми контактами. Исходя из данных, приведен­ных в таблице 1, можем определить «ток обрыва шлейфа», при котором будет фор­мироваться сигнал «Неисправность», меньше 1 мА, а с учетом тока утечки шлей­фа, который может достигать 0,4 мА, мак­симально допустимый ток потребления извещателей должен быть снижен при­мерно до 0,5 мА.

Но при наличии в шлейфе извеща­телей на размыкание в нашем случае подключение извещателей с током по­требления 0,5 мА тоже недопустимо. Номинальный ток шлейфа в режиме «Пожар 2», соответствующий сработке двух извещателей с нормально замкну­тыми контактами, равный 1,12 мА, уве­личится до 1,62 мА, что соответствует режиму «Пожар 1». То есть прибор в принципе не допускает одновременно­го включения в шлейф нормально зам­кнутых извещателей и токопотребляю­щих извещателей.

Табл. 2

		Обрыв шлейфа	Сработка извещателя на размыкание	Дежурный режим	Сработка двух из­вещателей на замыкание	Короткое замыкание шлейфа
Сопротивление шлейфа, кОм	мин. номин. макс.	50 u u	12,48 17,5 18,59	6,24 7,5 8,1	0,68 0,72 0,98	0 0 0,22
	макс.	0,40	1,48	2,76	11,9	20
Ток шлейфа, мА	номин.	0	1,08	2,35	11,6	20
	мин.	0	1,05	2,20	10,1	16,39
Напряжение шлейфа, В	мин. номин.	19,61 20	18,52 18,92	17,24 17,65	8,08 8,39	0 0
	макс.	20	18,98	17,80	9,89	3,61

Табл. 3

		Обрыв шлейфа	Сработка двух извещателей на размыкание	Сработка одного извещателя на размыкание	Дежурный режим	Сработка одного извещателя на замыкание	Сработка двух извещателей на замыкание	Коротк.замы кание шлейфа
Сопротив ление шлейфа, кОм	мин. ном. макс.	50 u u	6,81 8,3 8,93	5,19 6,1 6,62	3,45 3,9 4,31	1,47 1,60 1,90	0,93 1,00 1,27	0 0 0,22
	макс.	0,51	3,25	4,07	5,59	9,73	12,18	21,67
Ток шлейфа, мА	ном.	0	2,74	3,56	5,10	9,30	11,80	21,67
	мин.	0	2,57	3,32	4,71	6,91	8,80	18,31
Напря жение шлейфа, В	мин.	25,31	22,11	21,12	19,29	14,32	11,39	0
	ном.	26	22,72	21,73	19,88	14,82	11,84	0
	макс.	26	22,92	22,01	20,34	13,09	11,20	4,03

ПРИМЕР № 2

Рис. 4. Шлейф с нормально замкнутыми извещателями

Рис. 5. Шлейф с нормально разомкнутыми извещателями

Для устранения явных недостатков шлейфа, приведенного в примере 1, на практике в ППКП используют два или три типа шлейфа: шлейф только с нормально замкнутыми извещателями (рис. 4)и шлейф только с нормально разомкнуты­ми извещателями (рис. 5) с определени­ем сработки двух извещателей, иногда еще допускается комбинированный шлейф с различными типами извещате­лей, но с определением срабатывания только одного извещателя и с минимальным то­ком извещателей в дежурном режиме.

В этом случае для шлейфа с активными из­вещателями, при тех же исходных параме­трах ППКП, «ток обрыва» не должен попа­дать в область, отведенную для тока дежурного режима, и с учетом тока утеч­ки максимальный ток потребления актив­ных извещателей мог бы быть увеличен примерно до 1,5 мА. Однако граница меж­ду режимами «Пожар 1» и «Пожар 2» со­ставляет всего лишь 1 мА, и чтобы при сработке одного извещателя формиро­вался сигнал «Пожар 1», а не «Пожар 2», ток извещателей должен быть, соответ­ственно, менее 1 мА.

В комбинированном шлейфе обычно выбирается примерно двойная величина балластного сопротивления, например, R6_aj] = 10 кОм, и в два раза меньшее допол­нительное сопротивление, соответствен­но, увеличивается дельта между током дежурного режима и режима «Пожар» при срабатывании нормально замкнутого изве­щателя (табл. 2), однако «ток обрыва» остается тем же, что и в примере 1, следо­вательно, ток активных извещателей так­же должен быть менее 0,5мА.

Иногда встречается рекомендация компенсировать ток потребления актив­ных извещателей путем увеличения око­нечного резистора. Очевидно, в комби­нированном шлейфе при токе шлейфа в режиме «Пожар» от извещателя на размы­кание порядка 1 мА ни о каких компенса­циях речи быть не может. В шлейфе с дымовыми извещателями компенсация повышения тока большого числа извеща­телей за счет снижения тока оконечного резистора позволяет «уложиться» в по­роги дежурного режима и режимов «По­жар 1», «Пожар 2», но если при этом воз­никает превышение «тока обрыва», прибор не обнаружит обрыв шлейфа.

ПРИМЕР № 3

Изменим параметры шлейфа, для по­вышения тока дежурного режима увели­чим максимальное напряжение шлейфа Uxx до 26 В, оконечный резистор зада­дим 3,9 кОм ± 5%, а токоограничиваю­щий резистор шлейфа Rппкп возьмем 1,2кОм. При этом номинальный ток шлей­фа в дежурном режиме увеличится до 5,1мА. Ток короткого замыкания шлейфа будет менее 22 мА, что обеспечивает воз­можность подключения извещателей без токоограничивающих резисторов. Для формирования сигналов «Пожар 1, 2» извещатели с нормально разомкнутыми контактами включаем в шлейф с допол­нительными резисторами 2,7 кОм±5%, извещатели с нормально замкнутыми контактами с балластными резисторами 2,2кОм±5%. Максимальное сопротив­ление кабеля шлейфа и минимальное со­противление утечки оставим те же, что и в первых двух примерах R^b = 220 Ом, R_yT = 50 кОм. Результаты расчетов приве­дены в таблице 3.

Снижение примерно в 2 раза номи­нала оконечного резистора определило значительно меньшее влияние на величи­ну сопротивления шлейфа параллельно­го подключения сопротивления утечки кабеля, но, соответственно, увеличилось влияние последовательно включенного сопротивления кабеля. Определим «ток обрыва шлейфа» для этого случая. Ми­нимальный ток дежурного режима равен 4,71 мА, вроде бы позволяет предполо­жить больший ток потребления извещате­лей, по сравнению с рассмотренными ра­нее примерами, однако здесь появляется другое ограничение. Максимальный ток дежурного режима без учета токопотреб­ления активных извещателей может до­стигать 5,59 мА, а минимальный ток шлей­фа при срабатывании первого извещателя 6,91мА.

Следовательно, чтобы не возни­кали ложные сигналы «Пожар 1» в де­журном режиме, максимальный ток из­вещателей должен быть менее 1 мА. С другой стороны, здесь необходимо отме­тить, что максимальный ток шлейфа в ре­жиме «Пожар 1» равен 9,73 мА, а мини­мальный ток шлейфа в режиме «Пожар 2» равен 8,8мА (табл. 3), т.е. в данном примере возможно формирование ложно­го сигнала «Пожар 2» при срабатывании од­ного извещателя, либо при срабатывании вто­рого извещателя прибор может оставаться в режиме «Пожар 1». Области режимов «Пожар 1» и «Пожар 2» пересекаются, что не позволяет корректно выбрать по­роги даже при отсутствии токопотреб­ляющих извещателей. Для шлейфа с нормально замкнутыми извещателями об­ласти режимов «Пожар 1» и «Пожар 2» хотя и не пересекаются, но их границы практически совпадают.

Кроме того, при оценке стабильности работы прибора следует также учитывать нестабильность параметров приборов, тем­пературные уходы порогов, дрейф в про­цессе старения и т.д. Очевидно, что слож­ность построения двухпороговых приборов определила разработку ППКП с адаптивны­ми порогами, что позволяет в какой-то ме­ре учесть исходные параметры каждого шлейфа. Однако возможности автоком­пенсации ограничены и не все можно скомпенсировать, например, разброс номи­налов резисторов Rдoп и Rбал У каждого извещателя, сопротивление кабеля и со­противление утечки кабеля имеют распре­деленный характер и их влияние зависит от расположения извещателя в шлейфе. В наилучшем случае можно обеспечить номинальные параметры шлейфа, которые приведены в таблицах 1-3.

В заключение еще раз необходимо от­метить, что в документации на ППКП обычно приводятся только диапазоны сопротивления шлейфа для различных режимов, несмотря на то, что в п. 7.2.1.5 ГОСТ Р 53325-2009 указано, что «ППКП должны иметь следующие показатели назначения, численные значения кото­рых приводятся в технической докумен­тации (ТД) на ППКП конкретного типа: — диапазоны тока в неадресном шлейфе сигнализации, в том числе максимальный ток питания извещателей, при котором ППКП регистрирует все предусмотрен­ные виды извещений». Отсутствие в до­кументации информации о режимах ППКП в зависимости от тока шлейфа не по­
зволяет корректно определить допус­тимый ток извещателей в дежурном ре­жиме и оценить совместимость прибора с пожарными извещателями различного типа, особенно с дымовыми пожарными извещателями с нелинейной вольт­-амперной характеристикой, но это те­ма отдельной статьи.

На практике для проверки обеспе­чения «тока обрыва шлейфа» можно рекомендовать достаточно простой способ: отключить последний пожар­ный извещатель, в базе которого ус­тановлен оконечный резистор, и про­контролировать формирование сигнала «Неисправность» на ППКП. Ес­ли сигнал «Неисправность» отсут­ствует или формируется сигнал «По­жар», значит, ток дежурного режима извещателей превышает «ток обры­ва шлейфа». В этом случае необходи­мо по одному отключать извещатели до появления сигнала «Неисправ­ность». После этого отключить еще несколько извещателей для обеспече­ния технологического запаса, а базы снятых извещателей подключить к дополнительному шлейфу или к допол­нительным шлейфам, если количество снятых извещателей больше чем чис­ло оставшихся извещателей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Неплохов И. Классификация неадресных шлей­фов, или почему за рубежом нет двухпороговых приборов. «Алгоритм безопасности».
2. Пинаев А., Никольский М. Оценка качества и надежности неадресных приборов пожарной сигнализации. «Алгоритм безопасности», № 6, 2007.