Автоматизированная система пожаротушения подземных сооружений

Грашичев Н.К., Зыков В.И., Мосягин А.Б., Олейников В.Т. 

(Пoжарная безопасность. №1, 2002 г. C . 98 .) 

Изложены концептуальные положения построения автоматизированной системы противопожарной защиты (АСПЗ) подземных сооружений, объединяющей подсистемы противопожарной защиты, газового пожаротушения, оповещения и управления эвакуацией, видеонаблюдения, управления климатом, контроля освещения, использования электроэнергии, воды и других технологических ресурсов. Дано описание взаимодействия этих подсистем, приведены условия, которые необходимо выполнять при проектировании и разработке АСПЗ, а также технология управления этой системой. 

В настоящее время происходит изменение приоритетов в сфере обеспечения безопасности и ведущим направлением становится, наряду с защитой жизни и имущества, обеспечение устойчивости функционирования объектов (защита материальных и нематериальных активов, оптимизация инвестиций, управление рисками). Решение этих вопросов не возможно без развития электронных систем безопасности и использования информационных технологий. Очевидно, что для управления системами безопасности и жизнеобеспечения подземных сооружений также необходимы средства автоматизации. 

Обеспечение комплексной безопасности подземного сооружения подразумевает осуществление проектных, технических, технологических и организационных мероприятий при минимальных эксплуатационных затратах. В подземном сооружении при помощи специальных технических средств должны быть созданы идеальные климатические и производственные условия для технического персонала и транспортного потока. Кроме того, должен обеспечиваться необходимый уровень защиты от стихийных бедствий и несанкционированного доступа. При этом самым рациональным образом должны расходоваться энергетические и технологические ресурсы. 

Применение автоматизированной системы противопожарной защиты (АСПЗ) для подземных сооружений позволит не только обеспечить эффективную противопожарную защиту, но и получить экономию средств за счет уменьшения численности квалифицированного эксплуатационного персонала и рационального использования ресурсов. 

В состав технических средств АСПЗ должны входить: структурированная кабельная система; локальная вычислительная сеть; средства доступа к глобальной корпоративной сети или Интернет; программные и аппаратные средства защиты информации; система оперативной диспетчерской связи и телекоммуникаций, учрежденческая производственная АТС; охранная и пожарная сигнализация; системы: ограничения доступа; управления климатом (Н\/АС - Heating, Ventilation & Air Condition), внутреннего видеонаблюдения (CCTV - Closed Circuit TeleVision); контроля освещения, использования электроэнергии, воды и других технологических ресурсов. 

Все подсистемы должны быть слиты воедино и функционировать не сами по себе, а в комплексе с единым стандартным механизмом управления всей инфраструктурой подземного сооружения. 

Применение АСПЗ позволяет: 

повышать уровень безопасности и информационного обеспечения; 

проводить всеобъемлющий контроль, управлять и регистрировать состояния объекта; 

автоматически обнаруживать и регистрировать опасные ситуации как на объекте, так и в самой АСПЗ; 

осуществлять автоматизированное управление техническими системами и персоналом; 

обеспечивать полный административный контроль и управление. 

Интеграция действий подсистем и использование единого стиля управления будут способствовать упрощению обслуживания системы и расширению ее функциональных возможностей. Например, взаимодействие системы видео наблюдения и охранной сигнализации, пожарной сигнализации и систем управления освещением, климатом, контроля доступа к эвакуационным шлюзам и управления ими позволят при возникновении пожара: 

включить аварийное освещение и блокировать все цепи электропитания вблизи источника пожара; предотвратить поступление свежего воздуха к очагу возгорания; 

автоматически разблокировать двери для обеспечения оперативной эвакуации людей; 

привести в действие подсистемы активной противопожарной защиты; 

своевременно обеспечить оповещение экстренных служб города, пожарных подразделений и административно-технического персонала подземного сооружения. 

Таким образом, АСПЗ представляет собой совокупность технических подсистем, объединенных по информационному, программному, эксплуатационному и организационному принципам. Ядром всей системы являются средства интеграции и управления, которые должны: 

вести объективный контроль действий персонала с возможностью последующего их анализа; 

в случае выявления нештатных (неадекватных, несанкционированных и др.) действий выдавать предупреждающие сообщения и сигналы; 

выдавать оперативную и объективную информацию об обстановке в сооружении; 

выполнять противопожарные и контролирующие функции и выдавать сообщения на центральный диспетчерский пункт при возникновении пожароопасных и других нештатных ситуаций; 

работать в автономном режиме при потере управления от центрального пульта оператора; 

вырабатывать команды и сообщения по управлению всем комплексом технических средств АСПЗ; 

собирать, обрабатывать и архивировать информационные сообщения подсистем, входящих в АСПЗ; 

контролировать техническое состояние и работоспособность подсистем АСПЗ. 

Возможны два варианта построения АСПЗ - с централизованным и децентрализованным (распределенным) управлением. Централизованные системы построены вокруг единого вычислительного узла, выполняющего функции управления всеми контрольными точками в сооружении. Данный подход имеет ряд недостатков, характерных и для вычислительных систем. Центральный вычислительный блок становится так называемым единым источником сбоя (single point of failure), т. е. при выходе его из строя прекращают функционировать все подсистемы АСПЗ. Так, в случае террористического акта злоумышленник, получив доступ к центральному контроллеру, сможет управлять всей инфраструктурой сооружения. 

Кроме того, при централизованной системе все контрольные точки непосредственно связаны с центральным узлом, т. е. от каждого устройства к центральному контроллеру протягивается выделенный кабель (и в ряде случаев не один). Это существенно усложняет кабельную систему, увеличивает ее протяженность и соответственно стоимость. Устранить эти недостатки позволяет децентрализация систем АСПЗ - распределение функций управления между несколькими контроллерами и использование механизмов передачи информации по общей шине данных. 

Объединение всех систем в едином центре управления нецелесообразно еще и по организационным и техническим причинам. Поэтому предлагается создать три основных взаимосвязанных центра интеграции и управления (см. рисунок): 

пост службы противопожарной защиты; 

пост управления энерготехническими системами сооружения; 

центральный диспетчерский пункт связи и телекоммуникаций. 

При этом количество дополнительных автоматизированных рабочих мест тех или иных служб и их местоположение могут варьироваться в любых разумных пределах. Особое внимание при создании децентрализованной системы должно быть уделено общесистемному и специальному программному обеспечению, которое должно быть сетевым. 

В данной схеме имеется четкое разделение системы на следующие технологические слои: 

1 - уровень конечного оборудования (датчики, считыватели, заслонки, нагреватели, извещатели, видеокамеры и т. п.); 

2 - уровень управляющего оборудования (контроллеры, зонные панели, телесигнализационное оборудование и т. п.); 

3 - уровень систем управления (пульт управления и мониторы видеонаблюдения, системы связи и телекоммуникаций, панели сигнализации, автоматизированные рабочие места для управления системами авторизации доступа и контроля климата); 

4 - уровень интеграции подсистем (некоторая платформа управления всем комплексом АСПЗ).

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

На границе каждого из слоев существует интерфейс взаимодействия устройств выше- и нижележащего уровней. При этом у каждой подсистемы эти интерфейсы в общем случае собственные и преобладает подчинение устройств нижнего уровня устройствам верхнего, т.е. «снизу» поступает информация, а «наверху» принимают решение. Каждая подсистема имеет собственную кабельную проводку, а в ряде случаев кабельные системы нескольких элементов АСПЗ могут прокладываться параллельно друг другу. Каждой границе уровней соответствует отдельная кабельная проводка. Так, конечное оборудование подключается непосредственно к контроллерам. Контроллеры группируются по шлейфам, завязанным на центральную станцию управления. Между системами управления данные передаются по локальной компьютерной сети. Подсистемы имеют различные ограничения по масштабированию, зависящие от используемых интерфейсов взаимодействия устройств. Например, на одном шлейфе может существовать строго определенное число контроллеров и для добавления к системе следующего элемента необходимо установить дополнительный модуль расширения (число которых также обычно лимитировано). Как уже упоминалось, характер взаимодействия устройств в рамках подсистемы - подчиненный (master-slave). Это означает, что контроллеры либо функционируют автономно, либо обмениваются данными с элементом верхнего уровня подсистемы.

Например, центральная станция управления может прочитать данные с устройства и передать ему команду, но между собой контроллеры не взаимодействуют. Интеграция подсистем осуществляется при помощи программного комплекса, который «общается» с каждой подсистемой на ее языке, т.е. необходим программно-аппаратный модуль, который будет обеспечивать интерфейс между станцией управления и конкретной подсистемой. Таким образом, интеграция подсистем - вертикальная. Это означает, что все возможные взаимосвязи между элементами различных подсистем осуществляются через центральную станцию, расположенную на уровне 4. Очевидно, что если этот элемент системы выходит из строя, подсистемы перестают взаимодействовать.

Современный уровень развития технических средств и опыт работы в области автоматизации показывает перспективность использования децентрализованных систем.

АСПЗ, построенная на принципах открытой архитектуры, предполагает наличие «сети управления» и единого протокола взаимодействия всех элементов системы - от привода заслонки до центральной станции.

Принципы построения сетей управления аналогичны принципам построения современных компьютерных сетей. Все компоненты, подобно персональным компьютерам и серверам, подключены к единой кабельной системе и используют общие протоколы передачи данных. Сеть управления также делится на сегменты с различными типами топологий и средами передачи данных. Сегменты объединяются при помощи повторителей, маршрутизаторов и шлюзов. Открытая сетевая архитектура устраняет избыточность кабельной системы, поскольку все устройства разделяют общую среду передачи данных. Масштабируемость подсистем и всего комплекса больше не зависит от ресурсов отдельных компонентов (например, количества свободных слотов расширения в станции управления), а определяется адресным пространством, поддерживаемым протоколом взаимодействия.

Принцип взаимодействия устройств в сети управления - одноранговый. Каждый элемент имеет возможность обмениваться данными с любым другим. Отсутствие подчиненности делает систему более гибкой и устойчивой - выход из строя некоторого элемента не является критичным для работы остальных. Единый протокол взаимодействия, единая кабельная система и сетевая архитектура позволяют добиться прозрачной интеграции всех компонентов АСПЗ. Устройства, принадлежащие к разным подсистемам, могут быть физически подключены к одному и тому же сегменту сети управления.

Центральной станции управления нет необходимости «учить» языки конкретных подсистем. Существует стандартный способ получения данных и управления всеми подсистемами. Это позволит создавать универсальные программные комплексы управления, не ориентированные на конкретное оборудование.

Кроме описанных преимуществ интеграции подсистем существует еще одно - совместимость (interoperability) оборудования различных производителей на сетевом уровне. Основная задача совместимости - не создавать никаких проблем для пользователя.

Реализация АСПЗ для подземных сооружений становится возможной на базе систем с открытой архитектурой, которые позволяют не только использовать преимущества новейших сетевых технологий, но и надежно защищать передаваемые данные. Автоматизированная система противопожарной защиты, имеющая действительно открытую архитектуру, должна:

• разрабатываться в соответствии со стандартами, используемыми в компьютерной индустрии;
• легко интегрироваться с другими приложениями, программами и устройствами;
• уметь работать с существующими стандартами информационных сетей (ТСР/IР, АТМ, FR, Х.25 и др.);
• поддерживать подключение множества устройств (принтеры пропусков, видеооборудование, цифровые камеры и др.);
• предусматривать работу программных приложений АСПЗ с различными типами баз данных;
• поддерживать возможность администрирования и мониторинга АСПЗ посредством WWW - технологий;
• иметь мощный генератор отчетов с предоставлением детальных графических планов и возможностью управления всеми точками доступа.

Особенностью АСПЗ с открытой архитектурой является то, что каждый элемент системы имеет прикладное целевое назначение. Другими словами, каждый извещатель, преобразователь информации или исполнительное устройство будет иметь свой контроллер, в котором «прошивается» прикладная программа этого устройства и таблица управляющих сигналов. Эти приборы будут объединяться кабелем (парой проводников), обеспечивающим их питание током и одновременный обмен управляющими сигналами. Именно этот кабель и должен служить общей шиной для всех приборов системы. Система - децентрализованная и не имеет главного управляющего центра, четкое взаимодействие шинных приборов будет обеспечиваться построением связей с помощью управляющих и контрольных сигналов в шине и их логической обработкой. Такой принцип позволит получить простой инструмент для гибкого построения надежных систем дистанционного контроля и управления элементами противопожарной защиты, который должен быть доступен персоналу, имеющему подготовку на среднем техническом уровне.

АСПЗ представляет собой децентрализованную шинную систему с событийным управлением и с последовательной передачей данных для управления, контроля и сигнализации. Все подключаемые приборы могут обмениваться информацией через общий канал передачи - шину. Каждый шинный прибор представляет собой устройство, состоящее из контроллера, подключаемого к линии, собственно функционального устройства и программных приложений. Благодаря этому простой выключатель может выполнять функции как простой кнопки, так и регулятора с выдержкой времени и другими дополнительными функциями. Каждому шинному прибору должен быть присвоен уникальный физический адрес, что позволит управлять из любого места датчиком, любым устройством или целой группой исполнительных устройств, независимо от их расположения. При использовании шлюзов возможны дистанционный контроль и управление по телефону или другому средству коммуникации с удаленного компьютера и подключение к сетям локальных / глобальных вычислительных сетей. Применение инструментального программного обеспечения для создания программы визуализации сооружения позволит получить полное отображение информации о состоянии технологических систем от вводных устройств до исполнительных механизмов, управлять ими и фиксировать события и режимы работы в памяти компьютера.

Для подсистемы телевизионного наблюдения основой эффективного функционирования является применение цифровых технологий. Благодаря этому существенно расширяется динамический диапазон камер, что позволяет получать качественное изображение объектов с различной освещенностью, попадающих в поле зрения объектива. Значительно повысит емкость и обеспечит уникальную возможность быстрого поиска применение новых видео - и аудиозаписывающих устройств, использующих жесткие магнитные диски. Оцифровка видеосигнала позволит решить проблемы потери качества при его компрессии, перезаписи и передаче по каналам связи. Применение цифровых видеодетекторов движения, а также систем, идентифицирующих номера автомобилей и дорожные происшествия, существенно повысит комплексную безопасность сооружений. Эти системы позволят в автоматическом режиме обнаруживать аварии, пожары и другие ситуации. На основе анализа видеоизображения станет возможным идентифицировать возгорание в тоннеле. Такая система сработает раньше, чем традиционные извещатели пожарной сигнализации, и позволит быстро оценить сложившуюся ситуацию и принять меры по локализации и ликвидации последствий. Основной задачей видео наблюдения при этом является раннее предупреждение с возможностью визуального контроля оператором центрального диспетчерского пункта управления.

Эффективное функционирование АСПЗ также зависит от организации и работы системы управления ею. При проектировании и разработке системы управления АСПЗ необходимо выполнить следующие условия:

• система управления должна проводить анализ возникающих ситуаций на объектах сооружения и разрабатывать требования по их локализации и ликвидации;
• система управления должна осуществлять выбор соответствующих методов управления, которые бы в наибольшей степени и наилучшим образом соответствовали требованиям обеспечения комплексной противопожарной защиты;
• система управления должна иметь резервный потенциал при обеспечении пожарной безопасности подземного сооружения и необходимую гибкость для того, чтобы можно было безболезненно перейти к новому управленческому стилю, соответствующему возникающей ситуации;
• выработка новых управляющих воздействий в АСПЗ не должна повлечь за собой значительных структурных изменений в системе, приводящих к нарушению выполнения ее целевых функций.

Возрастание требований к системе противопожарной защиты для подземных сооружений ведет к повышению соответствующих требований и к технологии управления АСПЗ. Современное развитие автоматизированных систем требует использования формализованных методов описания и проектирования самой технологии управления подобными системами. В силу комплексного характера технологии управления АСПЗ при ее проектировании необходимо использовать и развивать современные методы системного анализа, принятия решений, многокритериального моделирования.

Технологию управления АСПЗ необходимо рассматривать как:

• последовательность целенаправленных операций по обеспечению противопожарной защиты, определяющих структурность функций управления АСПЗ (ее функциональную структуру);
• совокупность технических средств, с помощью которых реализуются операции управления АСПЗ, подчеркивающие аппаратную структурность технологии;
• совокупность операторов, участвующих в реализации технологии управления АСПЗ и характеризующих ее организационную структуру.

Проектирование АСПЗ с открытой архитектурой будет сводиться к топологическому формированию набора шинных приборов с привязкой их к конкретным объектам по иерархическому принципу. Такой подход позволит 4' легко разобраться в топологии всей системы и в функциях, выполняемых шинными приборами. Затем будет создана структура Шинных управляющих сигналов, которая также является иерархической. Следующий этап - собственно построение управляющих связей системы с заданием параметров шинных приборов. Другими словами, каждый сигнал связывается с выходом шинного прибора, который должен его формировать, и входом исполнительного устройства, которое должно его отработать. Для логической обработки сигналов они передаются на входы блоков логики, а далее уже другие сигналы с выхода логических блоков поступают на входы соответствующих исполнительных устройств. Окончательная настройка достигается посредством параметрирования устройств и приборов, т. е. выбором варианта программного обеспечения из базы данных сервера и оптимизацией параметров функционирования прибора. Задаются алгоритм отработки управляющих сигналов шины и начальная установка каждого шинного прибора.

Таким образом, относительная простота и невысокая стоимость проектирования и установки, а также возможность поэтапного наращивания системы с открытой архитектурой делает ее привлекательной и оптимальной для решения задач обеспечения противопожарной защиты подземных сооружений.