Способ обнаружения пожара и интеллектуальная станция управления для осуществления способа

Способ обнаружения пожара и интеллектуальная станция управления для осуществления способа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к пожарной технике, а именно к способу достоверного обнаружения пожара и интеллектуальной станции управления для осуществления способа.

Известные способы обнаружения и тушения пожаров и устройства для их осуществления имеют, как правило, узкую направленность на определенный тип пожара и используют для этих целей определенные специализированные средства обнаружения и тушения (п. РФ 2114660, 2118551, 2278711, з. РФ 2005108702). На практике же процесс развития пожара многомерен, пожарные ситуации, чаще всего, смешанные, поэтому применение узкоспециализированных систем обнаружения и тушения не всегда приводит к желаемым результатам и зачастую наносит значительный материальный ущерб из-за неадекватного тушения.

Другим недостатком известных систем обнаружения и тушения пожаров является их инерционность, которая обусловлена чаще всего тем, что применяют пороговый метод обнаружения пожара. Пороговый принцип работы средств обнаружения пожара приводит к тому, что возникает большая погрешность и пожар обнаруживается либо с существенным запозданием, либо, при заниженном пороге чувствительности средств обнаружения, возникает ложная тревога. Все это приводит к неадекватному тушению и к значительному ущербу от тушения.

Известно, что чем больше средств обнаружения пожара содержит система и чем они разнообразнее, тем достовернее собранная информация и эффективнее работа системы. Кроме того, системы обнаружения пожара по нескольким факторам лучше защищены от ложных срабатываний. В идеале для повышения достоверности обнаружения пожара необходима комплексная количественная оценка всех факторов и всех их временных, скоростных параметров, особенно важна динамическая оценка температуры контролируемой среды.

В настоящее время на многофакторное обнаружение пожарной опасности направлены перспективные мультисенсорные извещатели, объединяющие 3-4 канала обнаружения, однако эти средства обнаружения работают по пороговому принципу, что не исключает инерционность и ложные срабатывания.

Многофакторных систем обнаружения и селективных, комплексных адекватных пожарной опасности способов тушения пожаров известно немного ввиду сложности задачи и дороговизны таких систем.

Известен способ обнаружения пожарной опасности и пожара в помещении судна по патенту РФ 2179470. Способ заключается в измерении параметров пожароопасных факторов, сравнении их значений с предельными величинами и сигнализации при достижении измеренными параметрами предельных величин, при этом на этапе проектирования судна путем статистического моделирования прогнозируют возможные перемещения, изменение состояний и параметров горючих веществ и источников зажигания, а также координаты зон, где горючие вещества и источники зажигания могут вступить в контакт, и определяют условия, характеризующие ситуацию в помещении, развитие которой приводит к возникновению пожара, а при эксплуатации судна одновременно с измерением параметров пожароопасных факторов осуществляют контроль взаимных перемещений горючих веществ и источников зажигания, их состояний и параметров, при этом о возникновении пожарной опасности судят по результатам сравнения полученной информации с запомненными результатами моделирования. Недостатком этого способа является то, что измеряемые параметры пожароопасных факторов сравниваются с предельными величинами, то есть используется пороговый принцип обнаружения пожарной опасности.

Наиболее близким аналогом является способ и устройство, раскрытые в патенте РФ 2175779.

Указанная известная интеллектуальная станция управления включает корпус с последовательно расположенным в нем аспирационным устройством, процессором, прибором управления, узлом исполнительных органов и каналом пожаротушения. Указанное известное устройство предназначено для наиболее раннего обнаружения возгорания и повышения достоверности обнаружения при упрощении способа.

Способ работы указанного устройства заключается в следующих операциях:

- измерение при помощи узла датчиков информативных параметров: концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, а именно СО, СО₂, NO_x, HCl, Н₂, СН₄, NH₃, O₂, Cl₂, H₂S, SO₂, НСОН, С₆Н₅ОН, других газов-восстановителей и окислителей, а также концентрации дыма и температуры воздуха,

- измерение времени запаздывания сигнала от каждого из датчиков с использованием имитатора возгорания;

- определение во временном интервале 0,1-60 сек для каждой зависимости информативных параметров от времени, по крайней мере, одного значения производной, в том числе и значения производных, соответствующие началу возгорания, т.е. допустимые значения;

- определение приведенного значения каждого из измеренных информативных параметров как величины, равной произведению значения производной на соответствующее каждому датчику время запаздывания, в том числе и допустимые величины приведенных значений;

- выработка управляющего сигнала на подачу пожарной тревоги и возможное при этом включение средств пожаротушения и выключение электропитания в результате анализа пожароопасности на основе измеренных, по крайней мере, при помощи двух датчиков информативных параметров при условии, что приведенные значения информативных параметров превышают допустимые величины.

К недостаткам известного способа можно отнести то, что анализ пожароопасности осуществляют путем сравнения измеренных информативных параметров с допустимыми, иначе говоря, проговыми значениями, причем сравнение производят отдельных параметров, а не их совокупности, то есть способ не учитывает взаимосвязь, взаимозависимость и развитие во времени информативных параметров, что в конечном итоге может привести к ошибочным, не соответствующим действительности управляющим сигналам на тушение.

Задачей группы изобретений является создание достоверного способа раннего обнаружения пожаров и интеллектуальной станции для осуществления способа.

Технический результат - повышение достоверности обнаружения пожара за счет непрерывного сравнения совокупности текущих информативных параметров с массивом совокупностей заданных информативных параметров, причем управляющий сигнал на тушение вырабатывается только при условии максимального совпадения совокупности текущих информативных параметров с одной из совокупностей заданных информативных параметров.

Поставленная задача решается предложенным способом, включающим отбор воздуха из различных точек зоны потенциальной пожароопасности и измерение при помощи узла датчиков информативных параметров контролируемого воздуха: концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, окислителей, восстановителей, дыма, а также температуры, анализ пожароопасности на основе измеренных информативных параметров и выработку управляющего сигнала, причем анализ пожароопасности осуществляют путем сравнения совокупности текущих значений информативных параметров с массивом совокупностей заданных информативных параметров, характеризующих нормальное состояние объекта и варианты развития пожара, с последующим формированием совокупности отклонений/совпадений текущих информативных параметров от совокупностей заданных информативных параметров и выработкой управляющего сигнала по максимальному совпадению совокупности текущих информативных параметров с, по меньшей мере, одной из совокупностей заданных информативных параметров, при этом каждая совокупность заданных информативных параметров связана с определенным типом управляющего воздействия на тушение или с соответствующим корректирующим сигналом, который подают по цепи обратной связи на соответствующий датчик или совокупность заданных информативных параметров.

Поставленная задача также решается созданием интеллектуальной станции управления, которая содержит корпус, с последовательно расположенными в нем аспирационным устройством, процессором, прибором управления, узлом исполнительных органов и каналом пожаротушения, причем аспирационное устройство состоит из последовательно расположенных входного трубопровода, термодатчика, вентилятора, фильтра грубой очистки от пыли, фильтра тонкой очистки от пыли, узла датчиков, выхлопного трубопровода; а процессор содержит блок аналого-цифровых преобразователей, блок функциональных измерений и корреляций с матрицами совокупностей заданных информативных параметров и условных переходов, блок управления и программирования; при этом вход термодатчика электрически соединен с выходом блока контроля, управления и программирования, а выход с входом блока аналогово-цифровых преобразователей, выходное отверстие вентилятора через фильтры грубой и тонкой очистки от пыли при помощи трубопровода соединяется с модулем датчиков, вход которого электрически связан с выходом блока контроля, управления и программирования, а выход через блок аналого-цифровых преобразователей со входом блока функциональных измерений и корреляций, кроме того, его управляющий выход электрически связан с входом блока контроля, управления и программирования, выход последнего электрически связан со входами блоков аналого-цифровых преобразователей и функциональных измерений и корреляций, кроме того, его вход дополнительно электрически связан с выходом блока функциональных измерений и корреляций, прибор управления, через узел исполнительных органов, связан с каналом пожаротушения, и его вход электрически связан с выходом блока функциональных измерений и корреляций, а выход - с входом вентилятора.

Предлагаемый способ многофакторного слежения за охраняемой средой с автоматической настройкой средств измерения и контроля, автоматическим определением степеней опасности, классификаций пожарной опасности и избирательного управляющего воздействия на очаг возникновения пожара поясняется структурной схемой на фиг.1.

В основу способа положено представление о пожаре как о многомерном процессе, характеризуемом временной функцией от факторов опасности, за которой осуществляется адаптивный мониторинг, путем зондирования среды, выделения необходимых факторов в виде непрерывных информативных сигналов и их преобразования (измерения) с помощью фильтра процесса, состоящего из разных датчиков, сенсоров или детекторов, в электрические сигналы (то есть происходит формирование совокупности текущих информативных параметров), которые оцифровываются при помощи аналого-цифровых преобразователей и поступают далее в блок функциональных измерений и корреляций, где совокупность текущих информативных параметров сравнивается с массивом совокупностей заданных информативных параметров, хранящихся в памяти устройства, с последующим формированием совокупности отклонений/совпадений текущих информативных параметров от совокупностей заданных информативных параметров и по максимальному совпадению, по меньшей мере, с одной из совокупностей заданных информативных параметров делается вывод о наличии или отсутствии того или иного типа пожара, после чего, при отсутствии пожарной опасности, формируют корректирующие сигналы для изменения заданных информационных параметров и/или корректирующие сигналы на входы датчиков, или, при наличии пожарной опасности, формируют управляющие команды (сигналы) для прибора управления исполнительными органами.

Регистрируемые датчиками величины пожароопасных параметров среды объекта, например таких как температура, представленные в виде непрерывных сигналов, преобразуются аналого-цифровыми преобразователями и поступают в виде массива текущих информативных параметров в процессор, содержащий блок функциональных измерений и корреляций, массив совокупностей заданных информативных параметров в виде матриц, блок контроля управления и программирования. Все поступившие в процессор информативные параметры обрабатываются путем сравнения с содержащимися в матрицах массивами совокупностей заданных информативных параметров. Каждая отдельно взятая совокупность заданных информативных параметров является, по сути, моделью, состоящей из набора параметров, развитие которых приводит к возникновению определенного типа пожара, и которую получают путем моделирования разных типов пожаров и вводят в память устройства заранее. Количество совокупностей заданных информативных параметров, заложенных в память интеллектуальной станции управления, зависит от технических возможностей и объектов, для охраны которых станция предназначена.

Сравнение с массивом заданных совокупностей осуществляют путем вычисления зависимости (функции) текущих величин информативных параметров по рекуррентной формуле, далее в этой в этой функции находят экстремумы, и по максимальному совпадению экстремумов рассчитанной функции с экстремумами заданных совокупностей информативных параметров автоматически классифицируют процесс по степени опасности, после чего через блок контроля, управления и программирования генерируют различные сигналы, которые в зависимости от своего характера выдаются по цепям обратной связи либо на аналого-цифровые преобразователи, либо на датчики, либо в матрицы для изменения соответствующих коэффициентов. Такая обратная связь позволяет постоянно поддерживать совокупности заданных информативных параметров (модель процесса) в состоянии, наиболее соответствующем реальности. При отсутствии опасности пожара процесс мониторинга (слежения) продолжается в прежнем режиме; при необходимости корректировки - вносятся по цепям обратной связи изменения в масштабирующие сдвигающие коэффициенты. При совпадении совокупности текущих информативных параметров с какой-либо совокупностью заданных информативных параметров, соответствующей определенному типу пожара, на прибор управления подают по выделенному каналу управляющий сигнал о начале тушения тем или иным исполнительным органом или средством.

Решающим критерием в процессе обработки данных является сравнение совокупности текущих значений информативных параметров с массивом совокупностей заданных информативных параметров и обнаружение совпадения неких заранее установленных экстремумов, которые характеризуют разные этапы развития пожароопасной ситуации, вследствие чего формируют разные сигналы и соответственно этим сигналам производят разные действия, адекватные ситуации.

В то же время экстремумы не являются предельными величинами, как в случае с пороговыми датчиками, а представляют собой некие характеристики переменного массива совокупностей заданных информативных параметров.

Массив совокупностей заданных информативных параметров получают путем моделирования стадий развития пожара, наработки и классификации характеристик типовых ситуаций, развитие которых отличается степенью вероятности возникновения пожара, а также путем статистического моделирования взаимосвязанных параметров окружающей среды при нормальном течении процесса.

Понятно, что число измеряемых информативных параметров, а также количество и тип используемых для этих целей датчиков, сенсоров или детекторов, зависит от многих условий, такими параметрами могут, в частности, быть:

- концентрация монооксида углерода и скорость ее нарастания путем измерения поверхностного сопротивления чувствительного элемента;

- задымленность и скорость ее нарастания путем регистрации отраженного от частиц дыма оптического излучения;

- температура газовоздушной смеси и скорость ее нарастания путем измерения сопротивления тепловых датчиков.

Существенными признаками заявляемого способа являются:

- формирование совокупности текущих значений информативных параметров путем непрерывного измерения информативных параметров среды объекта датчиками и их преобразование в массив оцифрованных данных;

- сравнение совокупности текущих значений информативных параметров, поступивших от датчиков в каждую единицу времени, с массивом совокупностей заданных информативных параметров;

- формирование совокупности отклонений/совпадений текущих информативных параметров от заданных совокупностей информативных параметров;

- корректирующее воздействие по цепи обратной связи на измерительные датчики и/или на массив совокупностей заданных информативных параметров или формирование управляющего сигнала на тушение.

Благодаря постоянной корректировке параметров датчиков и заданных информативных параметров, а также за счет того, что сравнивают не отдельные параметры, а совокупности текущих информативных параметров с массивом совокупностей заданных информативных параметров значительно повышается достоверность обнаружения пожарной опасности и, таким образом, достигается заявленный технический результат.

Дополнительным техническим результатом является почти полное исключение ложных срабатываний, так как управляющее воздействие рассчитывается на основе совокупности нескольких информативных параметров, характеризующихся монотонными зависимостями, к тому же постоянно учитывается их корреляция и протекание во времени, и постоянно осуществляются обратные корректирующие воздействия, что в каждый момент времени дает реальную картину происходящего, в результате чего выбирают адекватное воздействие, передавая по соответствующим каналам сигналы разного уровня.

Предлагаемый способ позволяет обнаруживать не один пожароопасный параметр, а многомерный процесс возникновения пожара, для обнаружения которого одновременно используются заданные информативные параметры, прогнозирующие опасный процесс, и оцифрованные величины текущих информативных параметров. Способ дает возможность не только на ранней стадии обнаруживать развитие пожароопасного процесса, но классифицировать процесс (соотнести его с одной из заранее заданных совокупностей информативных параметров) и воздействовать на него адекватно опасности, т.е. выбирать, например, вид, массу, интенсивность подачи огнетушащего вещества в зависимости от того, что горит, включая и выключая необходимые исполнительные устройства.

Для реализации способа предлагается интеллектуальная станция управления, поясняемая структурной схемой, изображенной на фиг.2.

Станция состоит из корпуса 1, внутри которого размещены воздухозаборные трубопроводы 2, 4, 6, 8, 10 и выхлопные трубопроводы 12, 13, которые образуют вместе с термодатчиком 3, вентилятором 5, фильтром грубой очистки от пыли 7, фильтром тонкой очистки от пыли 9, модулем датчиков 11 аспирационное устройство, связанное электрически с процессором, содержащим блок аналого-цифровых преобразователей 14, блок функциональных измерений и корреляций с матрицами совокупностей заданных информативных параметров 15 программирования 16, и с прибором управления исполнительными органами 17, который, в свою очередь, связан с вентилятором 5 и через узел исполнительных органов 18 с каналом пожаротушения 19.

Станция связана с контролируемым объектом по входу воздухозаборным трубопроводом 2 и по выходам через трубопровод 13 и канал пожаротушения 19. Забор газовоздушной смеси (аспирация) из объекта осуществляется по цепи, последовательно состоящей из трубопровода 2, термодатчика 3, трубопровода 4, вентилятора 5, трубопровода 6, фильтра грубой очистки от пыли 7, трубопровода 8, фильтра тонкой очистки от пыли 9 и модуля датчиков 11. Модуль датчиков содержит, например, датчик скорости воздушного потока, датчик газа, дымовой датчик, максимально дифференциальный пожарный извещатель. Как уже говорилось, количество датчиков определяется количеством и необходимой точностью определения опасности и может изменяться при уточнении опасности. Модуль датчиков 11 по входу и выходу механически связан с фильтрами очистки от пыли, а электрически: по одному входу и выходу - с блоком контроля, управления и программирования 16, по другому выходу(ам) - с блоком аналого-цифровых преобразователей 14. Термодатчик 3 электрически по входу связан с блоком контроля, управления и программирования 16, а по выходу с блоком аналого-цифровых преобразователей 14. Вентилятор 5 электрически связан по входу с прибором управления исполнительными органами 17 и по выходу - с блоком контроля, управления и программирования 16. Блок аналого-цифровых преобразователей 14 имеет по входу связь с блоком контроля, управления и программирования 16 и по выходу(ам) - с блоком функциональных измерений и корреляций, включающим матрицы совокупностей заданных информативных параметров 15, которые по выходам электрически связаны с блоком контроля, управления и программирования 16 и с прибором управления исполнительными органами 17, при этом блок контроля, управления и программирования 16 имеет связь по выходу на блок функциональных измерений и корреляций с матрицами совокупностей заданных информативных параметров 15, а прибор управления исполнительными органами 17 электрически связан с узлом исполнительных органов 18.

Как вариант исполнения интеллектуальной станции датчики, измеряющие отдельные факторы процесса, могут быть пространственно рассредоточены по контролируемому объекту с учетом требований норм пожарной безопасности, в этом случае аспирационная система является частным случаем и ею могут быть снабжены, при необходимости, любые датчики. При этом принципиальная схема станции и способ обнаружения и тушения пожара не меняются.

Преимуществами предлагаемой станции являются возможность достоверного обнаружения пожара за счет многофакторного мониторинга среды контролируемого объекта с помощью узла датчиков и последующего сравнения совокупности текущих информативных параметров с массивом совокупностей заданных информативных параметров с помощью процессора, содержащего блок аналого-цифровых преобразователей и блок функциональных измерений и корреляций с матрицами совокупностей заданных информативных параметровпри условии возможности постоянной корректировки по цепи обратной связи всех входящих и запомненных параметров. Дополнительным преимуществом является также отсутствие проводного шлейфа сигнализации, который существенно снижает помехоустойчивость системы и снижает скоростные характеристики датчиков.

Станция работает следующим образом.

Отбираемая из контролируемого объекта газовоздушная смесь, проходя через трубопровод 2 и термодатчик 3, контролируется по температуре, измеренный информативный параметр поступает в блок аналого-цифровых преобразователей 14, где оцифровывается и поступает для обработки в блок функциональных измерений и корреляций с матрицами совокупностей заданных информативных параметров 15, и по цепи обратной связи через блок контроля, управления и программирования 16 соответствующий сигнал возвращается на вход термодатчика 3, далее газовоздушная смесь, пройдя через вентилятор 5, через трубопроводы 6, 8 и фильтры очистки от пыли 7, 9 поступает в модуль датчиков 11, где датчиками измеряется скорость воздушного потока и другие параметры, например такие как: оптическая плотность, загазованность, электропроводность; сигналы датчиков направляются дальше в блоки 14 и 15, где информация обрабатывается, а именно совокупность текущих информативных параметров сравнивается с массивом совокупностей заданных информативных параметров, и по цепям обратной связи соответствующий сигнал поступает в модуль датчиков 11 и в блок аналого-цифровых преобразователей 14. Сравнение текущих информативных параметров с массивом совокупностей заданных информативных параметров осуществляют по формуле, учитывающей существующие зависимости и взаимную коррелированность, далее в рассчитанной функциональной зависимости находят экстремумы, заданные матрицей совокупностей заданных информативных параметров, и, таким образом, формируют совокупность отклонений/совпадений, далее по максимальному совпадению текущих информативных параметров с, по меньшей мере, одной из совокупностей заданных информативных параметров осуществляют выработку (выбор) того или иного управляющего сигнала, который передают на прибор управления 17 и от него в узел исполнительных органов 18, при этом одновременно корректируют коэффициенты в матрице совокупностей заданных информативных параметров, изменяют при помощи узла 16 коэффициенты в блоке аналого-цифровых преобразователей 14.

В качестве исполнительного органа (узел 18) предлагается применить стандартный дренчерный электроуправляемый узел управления, дополнительно может быть применен электроуправляемый модуль порошкового пожаротушения и/или модуль газового тушения.

В качестве канала пожаротушения (узел 19) служит питающий трубопровод с распределительными трубопроводами дренчерного узла управления; в качестве прибора управления (узел 17) можно использовать известный прибор ППКОП 019-1-15 «Пикет»; или устройство УАПК ТУ 4371-079-00226827-2005, которое содержит в своем составе датчик тепла (узел 3), выполненный на основе терморезитора TC103C1-100 мм.

Процессор (включающий в себя блоки 14, 15, 16), обеспечивающий прием, обработку информативных параметров, выдачу управляющих сигналов может быть выполнен, например, на базе микроконтроллера PIC 18F2320-1/SO.

Вентилятор, фильтры грубой и тонкой очистки, датчик скорости воздушного потока, газовый сенсор, датчик измерения оптической плотности представляют собой типовые имеющиеся в продаже изделия.

1. Способ обнаружения пожара, включающий отбор воздуха из различных точек зоны потенциальной пожароопасности и измерение при помощи узла датчиков информативных параметров контролируемого воздуха: концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, окислителей, восстановителей, дыма, а также температуры, анализ пожароопасности на основе измеренных информативных параметров и выработку управляющего сигнала, отличающийся тем, что анализ пожароопасности осуществляют путем сравнения совокупности текущих значений информативных параметров с массивом совокупностей заданных информативных параметров с последующим формированием совокупности отклонений/совпадений текущих информативных параметров от совокупностей заданных информативных параметров, при этом выработку управляющего сигнала осуществляют по максимальному совпадению совокупности текущих информативных параметров с, по меньшей мере, одной из совокупностей заданных информативных параметров, причем каждая совокупность заданных информативных параметров связана с определенным типом управляющего воздействия, дополнительно по цепи обратной связи осуществляют постоянную корректировку заданных информативных параметров и датчиков.

2. Интеллектуальная станция управления, содержащая корпус с последовательно расположенными в нем аспирационным устройством, процессором, прибором управления, узлом исполнительных органов и каналом пожаротушения, отличающаяся тем, что аспирационное устройство состоит из последовательно расположенных входного трубопровода, термодатчика, вентилятора, фильтра грубой очистки от пыли, фильтра тонкой очистки от пыли, модуля датчиков, выхлопного трубопровода; а процессор содержит блок аналого-цифровых преобразователей, блок функциональных измерений и корреляций, блок управления и программирования; при этом вход термодатчика электрически соединен с выходом блока контроля, управления и программирования, а выход - с входом блока аналого-цифровых преобразователей, выходное отверстие вентилятора через фильтры грубой и тонкой очистки от пыли при помощи трубопровода соединяется с модулем датчиков, вход которого электрически связан с выходом блока контроля, управления и программирования, а выход, через блок аналого-цифровых преобразователей, - со входом блока функциональных измерений и корреляций, кроме того, его управляющий выход электрически связан с входом блока контроля, управления и программирования, выход последнего электрически связан со входами блоков аналого-цифровых преобразователей и функциональных измерений и корреляций, кроме того, его вход дополнительно электрически связан с выходом блока функциональных измерений и корреляций, прибор управления, через узел исполнительных органов, связан с каналом пожаротушения, и его вход электрически связан с выходом блока функциональных измерений и корреляций, а выход - с входом вентилятора.