Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ интеграции асутп предприятия электронного приборостроения с системами безопасности 12
1.1. Интеграция системы управления технологическим процессом промышленного предприятия и систем обеспечения безопасности 12
1.1.1. Интеграция в системе управления предприятием 12
1.1.2. Интеграция АСУТП с системами охраны и пожарной безопасности предприятия 18
1.1.3. Исторические аспекты развития интеграции пожарной сигнализации с другими информационными подсистемами предприятия 22
1.2. Особенности технологического процесса производства электронной техники и задачи обеспечения безопасности 27
1.2.1. Пожарная опасность электронной техники 27
1.2.2. Характеристика процесса производства устройств электронной техники и источников опасности технологическому объекту 33
Выводы по первой главе 41
ГЛАВА 2. Научно-технические основы создания подсистемы охраны и пожарной безопасности интегрированной асутп 43
2.1. Обоснование структуры интегрированной АСУТП предприятия 43
2.2. Синтез структуры подсистемы охраны и пожарной безопасности интегрированной АСУТП производства устройств электронной техники 47
2.3. Подсистема информационной поддержки управления охраной и пожарной безопасностью производственного объекта 56
2.4. Оптимизация состава информационных модулей подсистемы охранно-пожарной сигнализации 63
2.5. Формализованный анализ принципов построения интегрированного модуля сбора и обработки информации о состоянии объекта 68
2.5.1. Выбор принципа построения интегрированного модуля сбора и обработки информации 68
2.5.2. Выбор принципа действия каналов обнаружения в интегрированном информационном модуле 71
Выводы по второй главе 78
ГЛАВА 3. Разработка метода модульного построения охранно-пожарной сигнализации на основе математического моделирования 80
3.1. Моделирование процессов обнаружения и формирования сигналов помехи на технологическом объекте 80
3.1.1. Физико-технические принципы построения ультразвукового информационного модуля 80
3.1.2. Анализ вида энергетического спектра ультразвукового сигнала при обнаружении нарушителя и очага пожара 84
3.1.3. Математическое моделирование процесса обнаружения 88
3.2. Разработка алгоритма функционирования и структурной схемы интегрированного ультразвукового модуля , 91
3.3. Моделирование оптимального размещения ультразвукового модуля на технологическом объекте 102
Выводы по третьей главе 115
ГЛАВА 4. Теоретическая и экспериментальная оценка основных функциональных характеристик ультразвукового модуля 117
4.1. Вероятностная характеристика обнаружения очага пожара 117
4.2. Оценка характеристик обнаружения и помехоустойчивости ультразвукового модуля 120
4.3. Экспериментальная проверка достоверности функционирования ультразвукового модуля 127
4.4. Технико-экономическая эффективность результатов исследований и разработки 130
Выводы по четвертой главе 142
Заключение 143
Список литературы 147
- Исторические аспекты развития интеграции пожарной сигнализации с другими информационными подсистемами предприятия
- Оптимизация состава информационных модулей подсистемы охранно-пожарной сигнализации
- Физико-технические принципы построения ультразвукового информационного модуля
- Оценка характеристик обнаружения и помехоустойчивости ультразвукового модуля
Введение к работе
Актуальность темы исследования
В отрасли машиностроения производство электронной техники занимает одно из ведущих мест, в значительной степени влияя на развитие экономики России. В последние годы с повышением требований к качественному уровню устройств электронной техники произошло существенное изменение технологии их изготовления, приведшее к усложнению управлением производством, повышением затрат на его организацию. Вместе с тем для данной области характерно интенсивное распространение новых информационных технологий с применение средств вычислительной техники. В этих условиях целесообразно широкое внедрение автоматизированных систем управления технологическим процессом (ТП) производства устройств электронной техники (ЭТ). Это позволит обеспечить максимальную интенсивность выпуска конечной продукции в заданном ассортиментном наборе и требуемого качества при обеспечении безопасности производства.
Статистика показывает [3.1, 3.2], что в последние годы при небольшом изменении общего количества пожаров на промышленных предприятиях, увеличилось число крупных пожаров со значительным материальным ущербом. За последние 7 лет при сравнительно небольшой доле производственных пожаров в общем числе (4,96 %) материальные потери от них увеличились в относительных единицах более чем в 3 раза и составили более трети всех потерь (34,17 %). В 2001 г. только на предприятиях, охраняемых подразделениями ГПС, зарегистрировано 974 пожара, материальные потери от которых составили 85,7 млн. р., при этом погибли или получили травмы 8S чел. Основными причинами возникновения пожаров явились неисправность электрооборудования и тешюустановок (270), а также аварии технологического оборудования (222), что в сумме составляет бо- лее 50 % от общего числа пожаров.
Возрастает также опасность несанкционированных проникновений на промышленные объекты, приводящая к хищениям, порче имущества, поджогам и другим противоправным действиям. По данным Главного управления вневедомственной охраны МВД России [3.3], число попыток совершения краж с охраняемых объектов за годы перестройки увеличилось более чем в 5 раз и составляет более 130 в год на одну тыс. объектов.
Таким образом, в настоящее время существует острая потребность совершенствования автоматизированных систем управления ТП предприятий ЭМ на основе их интеграции с системами охраны и пожарной безопасности. Необходимость решения этой задачи определяет актуальность диссертационной работы.
Вопросам интеграции различных автоматизированных систем управления посвящено значительное количество опубликованных работ. Однако в них до недавнего времени основное внимание уделялось вопросам создания интегрированных АСУ предприятием и систем управления ТП. Разработка теоретических основ создания интегрированных систем безопасности, а также объединение их с инженерными системами и системами жизнеобеспечения началась сравнительно недавно. Первые публикации в этой области появились в начале 90-х годов XX века [3.54]. Одним из основоположников этого направления является Топольский Н.Г., который со своими коллегами и учениками - Блудчим Н.П., Иванниковым В.Л., Та-ранцевым А.А., Федоровым А.В., Мосягиным А.Б. и др. исследовали некоторые важные аспекты создания и функционирования интегрированных автоматизированных систем пожаровзрывобезопасности, охраны и пожарной безопасности, жизнеобеспечения и др. Вместе с тем, доля научных публикаций в области интеграции АСУТП с системами охраны и пожарной безопасности промышленных объектов в общем количестве публика- ций пока незначительна. До настоящего времени не рассмотрены важные вопросы интеграции системы охранно-пожарной сигнализации АСУТП промышленного предприятия с учетом специфики технологического процесса на нем, модульного построения подсистемы сбора и обработки тревожной информации.
Значительного прогресса в исследованиях и разработке технических средств обнаружения проникновения нарушителя и пожара добились российские ученые Шаровар Ф.И, Поляков Ю.А., Шепитько Г.Е., Членов А.Н., Медяник Ю.М. Ими заложены основы создания охранно-пожарных извещателей, в частности, использующих акустические (в т.ч. ультразвуковые) поля для обнаружения возникающей опасности объекту.
Однако имеющиеся резервы в повышении информативности, достоверности функционирования средств обнаружения данного вида далеко не исчерпаны. Их реализация может быть осуществлена на основе дальнейших исследований физических процессов обнаружения, с учетом современных методов анализа и достижений микросхемотехники.
Целью диссертационной работы является разработка научно-технических основ построения охранно-пожарной сигнализации в составе интегрированной АСУТП предприятия электронного приборостроения на основе селективного ультразвукового доплеровского модуля.
Для достижения цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи: разработка научно-технических основ создания подсистемы охраны и пожарной безопасности интегрированной АСУТП предприятия электронного приборостроения; разработка теоретических основ построения автоматизированного интегрированного информационного модуля подсистемы охраны и пожарной безопасности на основе метода ультразвуковой доплеровской локации; - разработка алгоритма функционирования и структурной схемы селективного ультразвукового модуля охранно-пожарной сигнализации, обеспечивающего раздельное обнаружение нарушителя и очага пожара, теоретическое и экспериментальное исследование основных характеристик модуля.
Объектом исследования является интегрированная АСУТП промышленного предприятия электронного приборостроения (устройств пожарной автоматики), а предметом исследования - автоматизация охранно-пожарной сигнализации интегрированной АСУТП на основе селективного ультразвукового доплеровского модуля.
Методы исследования.
В работе использовались методы математического программирования, регрессионного анализа, теории вероятностей, математического и физического моделирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработан алгоритм оптимизации состава информационных модулей охранно-пожарной сигнализации интегрированной АСУТП по критерию минимума комплексных затрат на основе метода линейного программирования.
Разработаны математические модели процессов, сопутствующих обнаружению пожара и проникновению нарушителя при использовании метода ультразвуковой доплеровской локации.
Доказана возможность создания информационного ультразвукового модуля охранно-пожарной сигнализации с раздельными каналами обнаружения нарушителя и очага пожара; разработан алгоритм его функционирования, а также структурная схема построения.
На основе теоретических и экспериментальных исследований получены основные характеристики ультразвукового модуля для применения в подсистеме охраны и пожарной безопасности интегрированной АСУТП.
5. Разработан алгоритм оптимального размещения ультразвуковых модулей на технологическом объекте с использованием полученных математическим моделированием характеристик обнаружения и помехозащищенности.
Практическая ценность и значимость работы заключается в следующем:
1. Разработана и защищена патентом [4.6] на изобретение Российской Федерации структурная схема доплеровского ультразвукового устройства для тревожной сигнализации с раздельными каналами обнаружения нару шителя и очага пожара.
Принципиальные технические решения, отраженные в изобретении, использованы при разработке серийно изготавливаемых извещателей охранно-пожарной сигнализации ЗАО "Аргус-Спектр". Данные извещатели широко используются в информационных модулях интегрированных систем безопасности, а также системах охранной и охранно-пожарной сигнализации на объектах различного назначения.
Разработана программа структурной части подсистемы информационной поддержки интегрированной АСУТП производства устройств пожарной автоматики, которая может быть использована в создаваемых системах управления.
Разработаны методики расчета основных параметров ультразвукового информационного модуля для использования при его разработке и практическом применении.
Основные результаты работы отражены в опубликованных статьях, докладах, а также монографиях и учебно-методических пособиях, предназначенных для использования в учебном процессе при подготовке специалистов пожарной безопасности.
Реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы использованы: в научных исследованиях НИЦ "Охрана" ГУВО МВД России, Академии ГПС МЧС России по совершенствованию интегрированных систем безопасности к созданию нового поколения технических средств охранно-пожарной сигнализации; в учебном процессе в Академии ГПС МЧС России при подготовке специалистов пожарной безопасности; при разработке интегрированной АСУТП московского предприятия по производству пожарной автоматики ООО "Систем Сенсор Фаир Детекторе"; при разработке и серийном изготовлении ЗАО "Аргус-Спектр" ультразвуковых извещателей охранно-пожарной сигнализации "Эхо-А".
На защиту выносятся: методика оптимизации состава информационного модуля охранно-пожарной сигнализации интегрированной АСУТП по критерию минимума комплексных затрат на основе метода линейного программирования; математические модели информационных процессов, сопутствующих обнаружению пожара и проникновения нарушителя при использовании метода ультразвуковой доплеровской локации; - алгоритм функционирования ультразвукового модуля охранно- пожарной сигнализации с селекцией отражённых сигналов от нарушителя и очага пожара.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на следующих конференциях: научно-практической конференции "Пожарная безопасность" (Москва, МИПБ МВД России, 1997 г.);
Всероссийской научно-практической конференции "Охрана" (Воронежская высшая школа МВД России, 1997 г.); международной конференции "Информатизация правоохранительных систем" (Москва, Академия управления МВД России, 1998 г.); межвузовской научно-практической конференции (Воронежская высшая школа МВД России, 1998 г.); международных конференциях "Системы безопасности" (Москва, МИПБ МВД России, 1997, 1998, 1999 гг.; Академия ГПС МВД России, 2000,2001 гг.; Академия ГПС МЧС России 2002 г.); международной конференции "Актуальные проблемы совершенствования системы подготовки кадров силовых структур на пороге XXI века (Ташкент, Высшая пожарно-техническая школа МВД Республики Узбекистан, 2000 г.);
Всероссийской научно-практической конференции "Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов" (Пенза, НИКИРЭТ, 2002 г.).
Научная работа автора "Исследование и разработка ультразвуковых доплеровских извещателей для систем пожарной, охранной и охранно-пожарной сигнализации" в 1999 г. заняла первое место и была отмечена медалью на Всероссийском конкурсе научных работ молодых специалистов Министерства образования РФ по разделу "Пожарная безопасность".
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 29 работ, в том числе 4 книги, 17 в соавторстве и 7 индивидуальных статей и докладов на конференциях. Получен патент Российской Федерации на изобретение.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Объём диссертации: 146 страниц основного текста с 9 таблицами и 32 рисунками. Список литературы и приложения - на 22 страницах.
Исторические аспекты развития интеграции пожарной сигнализации с другими информационными подсистемами предприятия
Рассмотрим исторические аспекты становления и развития интеграции пожарной сигнализации с другими информационными подсистемами в системе обеспечения безопасности объектов [2.10,3.28]. В истории пожарного дела в России можно выделить несколько этапов, отличающихся характером и уровнем развития технических средств сигнализации.
К первому этапу следует отнести период с начала появления устройств электрической пожарной сигнализации в России до середины двадцатых годов XX века.
Первая система пожарной сигнализации появилась в С- Петербурге в 1858 г. В этом году у сенных весов на Калашниковской набережной был установлен ручной пожарный извещатель фирмы "Сименс". Для целей сигнализации был использован изобретённый в 1837 г. Самуэлем Морзе пишущий телеграфный аппарат. Сигналы о пожаре передавались по телеграфным линиям при помощи вращаемых гиревым механизмом колёс.
К 1871 г. пожарной сигнализацией была оборудована значительная часть территории С- Петербурга. К 1896 г. было установлено уже 430 из-вещателей, соединённых с 17-ю пожарными частями. Система передачи извещений использовала электрические сигналы, формируемые с помощью ручных извещателей различных типов с часовым механизмом в деревянных и металлических корпусах.
К 1907 г. кроме С- Петербурга системами электрической пожарной сигнализации были оборудованы Москва (Городская и Таганская части) и Детское (Царское) село.
До 1917 г. пожарная сигнализация имелась только у очень немногих промышленных предприятий. После же революции именно на них системы пожарной сигнализации получили широкое распространение, что характерно для второго этапа их развития.
Первое мелкосерийное полукустарное производство технических средств пожарной сигнализации в России было начато в 1924 г. на заводе им. Козицкого, где был изготовлен клапанный лучевой механизм для завода "Светлана". В дальнейшем были изготовлены первые аппараты шлейфной системы с аппаратами Морзе и стрелочные. Первая советская система сигнализации была разработана в 1925-1926 гг. (двухшлейфный аппарат типа 2ШК). Почти одновременно были разработаны клапанные аппараты лучевой системы (50 КП и 25 КП) и стрелочной шлейфной системы (1 СТ-2). В 1927-1928 гг. был выпущен световой (ламповый) аппарат лучевой системы типа 50 СП.
В целях создания производства и внедрения российских средств противопожарной автоматики 29 октября 1926 г. в Москве было образовано акционерное общество "Спринклер" - родоначальник отечественных средств противопожарной автоматики, учредителями которого стали Наркомат внутренних дел РСФСР, АО "Всесоюзное заготовительное объединение коммунхоза" и "Гострест ленинградских заводов массового производства". Перед акционерным обществом была поставлена задача разработки отечественной системы пожарной сигнализации и её широкого внедрения. В результате были созданы две системы: одна с кольцевой, а другая с лучевой распределительной сетью. С 1931 г. средне- и крупносерийное производство аппаратуры электрической пожарной сигнализации было начато на заводе им. Кулакова.
Впоследствии в результате реорганизаций на базе акционерного общества "Спринклер" в 1938 г. была создана "Проектно-монтажная и эксплуатационно-техническая контора противопожарной автоматики" (ППА), внёсшая существенный вклад в развитие пожарной и охранно-пожарной сигнализации. До 1940 г. 74 станции шлейфного (кольцевого) типа с общим количеством 3128 подключенных ручных кодовых пожарных извещателей были смонтированы в 18 крупных городах России.
Первая серийно изготавливаемая интегрированная система пожарно-охранной сигнализации с лучевым построением распределительной сети применялась для охраны зданий предприятий и организаций. Система включала станцию ПОЛО-20/30 (пожарная охранная лучевая оптическая), ручные (кнопочные) пожарные извещатели ПКИ (пожарный кнопочный извещатель) и ОКИ (охранный кнопочный извещатель).
Таким образом, для второго этапа характерно появление и распространение серийно изготавливаемых систем пожарной сигнализации, а также первых отечественных систем охранно-пожарной сигнализации, оборудованных ручными извещателями.
Третий этап развития отечественной пожарной сигнализации следует отнести к периоду с середины 50-х до начала 90-х годов. Он характеризуется бурным развитием электроники и связанной с этим переходом от электромеханических систем сигнализации первого поколения к системам второго, третьего, а затем и четвёртого поколений, широко использующим аналоговые и цифровые микросхемы.
В этот период существенное развитие получили автоматические извещатели и приёмно-контрольные приборы (приёмные станции).
Оптимизация состава информационных модулей подсистемы охранно-пожарной сигнализации
Под модулем будем понимать в общем случае комплекс программно-технических средств сбора и обработки информации о состоянии выделенной части объекта (помещения, участка, зоны) для передачи её по каналам связи в блок обработки и отображения (центральный процессор).
Сущность оптимизации заключается в определении (при наложенных ограничениях) таких проектных параметров системы, при которых сформированная целевая функция достигает глобального экстремума (минимума или максимума в зависимости от вида функции).
Для сформированной целевой функции при заданных функциональных ограничениях и граничных условиях могут быть использованы различные методы оптимизации, в частности метод множителей Лагранжа [3.21] или методы математического программирования [3.22,3.23].
При решении задачи оптимизации состава модуля пожарно-охранной сигнализации основной целью, как правило, ставится достижение минимальных комплексных затрат при обеспечении заданных технических и функциональных характеристик. Основными характеристиками модуля являются аппаратурная надежность, вероятность обнаружения, а также вероятность ложных сигналов тревоги.
Пусть имеем объект с п производственными участками и (или) конструктивными элементами Ль Л2,..., Ат, нуждающимися в соответствующем виде защиты. Для их блокировки системой сигнализации объекта от угроз проникновения и пожара необходимо т извещателей различного типа (или каналов обнаружения в информационном модуле): Bh 2?2,..., Вт. Отметим, что в данную совокупность входят только те технические средства, область применения, рабочие условия эксплуатации и параметры функциональной надёжности которых удовлетворяют условиям объекта. Каждый из участков объекта характеризуется набором некоторых параметров, связанных с техническими характеристиками извещателей (площадь, конструктивные особенности, вид горючей нагрузки и др.). Предположим, что общее число типов параметров равно к: С\, С2,..., Ск.
Общее минимальное количество Ь, извещателей вида Bh которое необходимо применить на объекте, определяется директивным требованием: каждый участок объекта должен быть заблокирован извещателями, способными обнаружить все возникающие угрозы (в пределах рассматриваемого множества). Следовательно, bt определяется количеством участков, нуждающихся в обнаружении определённого вида угрозы, обеспечиваемом извещателем /-го типа.
Необходимо учитывать, что каждый /-й тип извещателя имеет ограниченные технические возможности в обнаружении соответствующей угрозы. Они задаются в технической документации в виде набора характеристик (площадь обнаружения, чувствительность и т.п.).
Данные характеристики, представляющие собой нормативные ограничения, связаны с соответствующими параметрами участка (ресурса) и определяют норматив /-го извещателя поу-му ресурсу by. Здесь предполагается, что нормативы для всех участков одинаковы, однако в случае необходимости нетрудно ввести дифференцированные нормативы by, различные для разных участков.
При установленных параметрах участков можно определить суммарное значение каждого из ресурсов для каждого из участков:
arj{r= 1,2,... ,n;j= 1,2,..., к).
Сформулируем математически задачу определения количества xri применяемых извещателей 1-го типа на r-ом участке, при котором достигается минимальное значение затрат на закупку технических средств обнаружения, их монтаж, настройку и техническое обслуживание для всей системы сигнализации, при условии, что суммарное количество извещателей каждого типа будет соответствовать условиям применения и нормативным требованиям.
Физико-технические принципы построения ультразвукового информационного модуля
Принцип действия ультразвуковых охранно-пожарных извещателей основан на использовании эффекта Доплера [2.9], возникающего при отражении ультразвуковых колебаний, распространяющихся в воздушной среде, от движущегося нарушителя или открытого пламени очага пожара (рис.3.1).
Значение доплеровского сдвига частоты Л/ц зависит от радиальной скорости VQ движения нарушителя по отношению к излучателю (или скорости потоков горячих газов от очага пожара), а амплитуда - от значения эффективной отражающей поверхности очага пожара (нарушителя) и расстояния, на котором он находится от извещателя [2.7]:
Д/Д = ±АТ0/И/С, (3.1)
где /и, Гц - частота излучения;
С, м/с - скорость распространения ультразвука в контролируемой среде;
К - числовой коэффициент, определяемый конструкцией ультразвукового приемопередатчика (для однопозиционных извещателей К= 2).
При распространении ультразвуковых колебаний в воздушной среде происходит затухание энергии ультразвуковой волны, вызываемое расхождением фронта волны с удалением от источника ультразвука, рассеиванием и поглощением.
Затухание ультразвуковой волны зависит от частоты: чем больше частота, тем сильнее происходит поглощение ультразвука в воздухе. На степень затухания ультразвука оказывает влияние также температура и влажность воздушной среды.
Суммарное значение уменьшения интенсивности ультразвуковой волны с расстоянием на частоте 30 кГц достигает 3,5-5 дБ/м. Отраженные ультразвуковые волны также подвергаются ослаблению по приведенным законам. Общее уменьшение интенсивности ультразвуковой волны, возвратившейся к источнику излучения после отражения от препятствия или нарушителя, составляет 7-Ю дБ/м.
Ультразвуковые извещатели типа "Фикус" и "Эхо" имеют излучатели небольшой мощности, поэтому при указанном ослаблении волны в воздухе оптимальная длина охраняемой зоны составляет примерно 6-9 м.
Предметы и отражающие поверхности, расположенные на расстояниях более 15-20 м, создают отраженные ультразвуковые волны, которые при возвращении к извещателю имеют интенсивность ниже его чувствительности и поэтому не оказывают влияния на работу извещателл. Практически правильно работающий извещатель создает только поле бегущей волны и обеспечивает контроль охраняемой зоны с конфигурацией, определяемой диаграммой направленности излучателей и приемников ультразвука.
Современные извещатели, использующие доплеровский принцип действия, выделяют полезную информацию из общего принятого сигнала, который содержит широкий спектр доплеровских частот, возникших от движения нарушителя, движения турбулентных потоков воздуха от очага пожара, а также от сквозняка, нагревательных элементов, движения вибрирующих поверхностей, колеблющихся штор и т.д. Полезная информация выделяется из общего сигнала таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая функция обнаружения нарушителя на фоне действующих помех и сохранялась устойчивая работа извещателя без формирования ложных сигналов тревоги.
Динамический диапазон амплитудной и частотной составляющих реального и полезного принятого сигнала, обрабатываемого ультразвуковыми извещателями, зависит от расстояния до движущегося нарушителя или очага пожара, его отражающей способности (определяющих амплитуду отраженного сигнала), а также от скорости передвижения нарушителя или интенсивности теплового потока очага пожара (определяющих частоту до-плеровского сигнала). Отраженная ультразвуковая волна создает на входе извещателя напряжение сигнала несущей частоты (23-35 кГц). Значение напряжения сигнала, созданного движением нарушителя в охраняемой зоне на удалении 6-7 м, равно 30-50 мкВ, а движением в непосредственной близости от извещателя - 30-50 мВ. Изменение напряжения сигнала составляет примерно 60 дБ. Диапазон доплеровских частот в несущей частоте, создаваемых движением нарушителя или очагом пожара, находится в пределах от нескольких герц до килогерца. Примерный вид энергетического спектра доплеровского сигнала, создаваемого реальными отражателями, представлен на рис. 3.2.
Нижний диапазон частот до 20-30 Гц совпадает с частотами сигналов от действия турбулентных потоков, имеющих здесь наибольшую амплитуду и наибольшее мешающее влияние, поэтому частоты до 30 Гц в извеща-теле отфильтровываются и не используются.
Исходя из практических соображений, для извещателей определен диапазон обнаруживаемых скоростей передвижения нарушителя и тепловых потоков от очага пожара 0,3-3 м/с, что соответствует доплеровским частотам 60-400 Гц при несущей частоте 30 кГц [1.3]. С учетом технологических отклонений несущей частоты в пределах 28-35 кГц диапазон доплеровских частот расширяется до 50-500 Гц.
Использование в работе извещателя направленного излучения в режиме бегущей ультразвуковой волны позволяет гибко формировать охраняемую зону в любой части помещения и избежать нахождения в ней различных источников помех, вызывающих ложные срабатывания.
Оценка характеристик обнаружения и помехоустойчивости ультразвукового модуля
С целью определения количественных значений коэффициентов в разработанной математической модели (3.15) были проведены экспериментальные исследования. Они проводились на специальной установке, разработанной с использованием конструктивной базы извещателя "Эхо-2" [3.13]. Структурная схема установки приведена на рис.4.2. Схема электрическая принципиальная основных ее блоков - на рис. 4.3. Установка имеет два канала обработки сигнала. В первом выделились и анализировались сигналы только с положительным доплеровским сдвигом частоты, во втором - сигналы без выделения знака доплеровского сдвига частоты. В каждый из каналов вводилась задержка срабатывания счетчиков, регулируемая в диапазоне 2,5 - 20 с.
Анализ доплеровских сигналов включал проверку их на непрерывность. Прерывание сигнала на время более 0,3 с приводило к разряду интегратора, формирующего задержку срабатывания. На выходах каналов устанавливались счетчики, фиксирующие превышение заданного значения длительности непрерывного доплеровского сигнала в течение всего времени наблюдения. В процессе испытаний в помещении одновременно нахо дились в среднем пять человек. Общее время наблюдения составило 1000 часов.
На рис.4.4 представлены экспериментальные зависимости интенсивности ложных срабатываний Х , от установленного времени задержки Ті и применяемого метода анализа доплеровского сигнала.
На рис. 4.5 приведён график интенсивности ложных сигналов тревоги в зависимости от времени задержки Ті для М= 5, 0 = 1. Для этих же значений параметров изображён относительный выигрыш в помехозащищённости за счёт использования сигналов с положительным доплеровским сдвигом частоты по сравнению с анализом сигнала без разделения знака доплеровского сдвига частоты.
Количественная оценка вероятности ЛСТ может быть получена с использованием математической модели интенсивности ЛСТ в зависимости от параметров движения и характеристик обнаружения модуля [3.13]. Такая модель при ряде упрощающих предположений разработана авторами и экспериментально определены её коэффициенты для двух вариантов исполнения модуля: с анализом сигнала, имеющего только положительный доплеровский сдвиг частоты (Уі), и с анализом сигнала без разделения до-плеровского сдвига частоты (Уг).
Считая, что поток ложных срабатываний является простейшим (пуас-соновским) потоком, вероятность Р(Т) отсутствия ЛС1 за время Т можно определить по формуле [3.15]:
Р(Т) = е Х Т, (4.6)
где Хер - интенсивность ложных срабатываний.
На рис.4.7 приведены графики вероятности Р(Т) за 1000 часов для первого (основного) варианта исполнения в зависимости от времени задержки Ті и количества людей в помещении L при значении коэффициента присутствия Q=\\ 0,5.
Рассчитанная для L = 5, Q = 1, Ті = 30 с, суммарная наработка на один ЛСТ составляет 1,31-Ю5 ч, что вполне удовлетворяет требованиям практики. Для этих же значений параметров относительный выигрыш V в помехозащищенности за счет использования сигналов с положительным допле-ровским сдвигом частоты по сравнению с анализом сигнала без разделения знака доплеровского сдвига частоты.
