Выбор и расчет системы структурной схемы системы пожарной сигнализации

Обоснование структурной схемы системы пожарной сигнализации

Выбор структурной схемы судовой системы пожарной сигнализации обусловлен требованием к числу используемых датчиков (не менее 2000) и необходимостью повысить надежность функционирования системы с помощью двукратного резервирования. В качестве прототипа примем систему пожарной сигнализации «Фотон-А». Прототип имеет архитектуру информационной сети, поэтому аналогичную архитектуру примем для проектируемой системы с двукратным резервированием.

Резервирование представляет собой метод повышения надежности объекта введением дополнительных элементов и функциональных возможностей сверх минимально необходимых для нормального выполнения объектом заданных функций.

При введении резервирования рассматривают понятия основной элемент и резервный элемент. Основной элемент является элементом основной физической структуры объекта, который необходим для нормального выполнения объектом его задач; резервный элемент — это элемент, предназначенный для обеспечения работоспособности объекта в случае отказа основного элемента.

Кратностью резервирования называется отношение числа резервных элементов к числу резервируемых элементов объекта.

Рассмотрим методы резервирования:

• 1)структурное резервирование — метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточных элементов, входящих в физическую структуру объекта;
• 2)временное резервирование — метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточного времени, выделенного для выполнения задач;
• 3)информационное резервирование — метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточной информации сверх минимально необходимой для выполнения задач;
• 4)функциональное резервирование — метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование способности элементов выполнять дополнительные функции вместо основных или наряду с ними;
• 5)нагрузочное резервирование — метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование способности его элементов воспринимать дополнительные нагрузки сверх нормальных;
• 6)общее резервирование — резервирование, при котором резервируется объект в целом;
• 1)раздельное резервирование — резервирование, при котором резервируются отдельные элементы объекта или их группы;
• 8)скользящее резервирование — резервирование замещением, при котором группа основных элементов резервируется одним иди несколдькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе;
• 9)нагруженный резерв — это резервный элемент, который находится в том же режиме, что и основной;
• 10)облегченный резерв — резервный элемент, который находится в менее нагруженном режиме, чем основной;
• 11)ненагруженный резерв — резервный элемент, который практически не несет нагрузок;
• 12)восстанавливаемый резерв — резервный элемент, работоспособность которого в случае отказа подлежит восстановлению в процессе функционирования объекта;
• 13)невосстанавливаемый резерв — резервный элемент, работоспособность которого в случае отказа не подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях функционирования объекта.
• 14)дублирование — резервирование, при котором одному основному элементу придается один резервный;

Выберем наиболее приемлемый метод резервирования функциональных устройств в системе пожарной сигнализации;

Откажемся от временного и информационного резервирования, поскольку данные методы требуют дополнительных временных затрат и усложнения программного обеспечения системы. Повышение временных затрат приводят к увеличению времени обнаружения пожара, что в соответствии с требованиями к судовым системам пожарной сигнализации недопустимо. Усложнение программного обеспечения повышает требования к производительности микропроцессорных систем, то есть к их сложности и, соответственно, стоимости.

Таким образом, необходимо использовать структурное резервирование.

Исключим нагрузочное резервирование, поскольку мощные компоненты в разрабатываемой системе отсутствуют.

Дублирование и общее резервирование приводят к повышению стоимости СПС, однако могут привести к желательному результату. Поэтому в дальнейшем рассмотрим возможность использования таких методов резервирования.

Откажемся от скользящего резервирования, так как такой метод приведет к усложнению программного обеспечения и повышению стоимости системы за счет использования сложных микропроцессорных структур.

Наиболее выгодный в нашем случае метод резервирования — это функциональное резервирование, поскольку за счет схемотехнических решений можно обеспечить как выполнение резервными элементами своих задач, так, при необходимости, и задач основного элемента, при минимальных затратах на введение в схему СПС дополнительных устройств.

На рисунке 1.5 показана схема СПС, построенная на основе структурной схемы СПС «Фотон-А». В данной структурной схеме предусматривается раздельное двукратное резервирование с дублированием контроллеров датчиков. Датчики подключаются к шлейфу.

Рисунок 1.5 — Элементарная ячейка периферийного оборудования пожарной сигнализации.

На рисунке 1.5 показана структурная схема системы пожарной сигнализации с двукратным резервированием. Как и в случае прототипа, система является многоуровневой распределенной микропроцессорной системой.

Центральный блок производит анализ пожарной обстановки на судне, выводит на индикаторный дисплей информацию о состоянии пожарной обстановки, вырабатывает сигналы тревоги и управляющие сигналы для систем пожаротушения и систем управления противопожарными дверями.

Контроллеры производят опрос датчиков, на основании полученных данных вырабатывают сигналы о состоянии пожарной обстановки и передают их центральному блоку, передают датчикам сигналы управления от центрального блока.

Периферийное оборудование имеет архитектуру сети и состоит из элементарных ячеек, аналогичных устройствам, структурная схема которых показана на рисунке 1.5.

В случае выхода из строя контроллера № 1, опрос группы датчиков Д1.1-Д1.n может быть произведен по цепи контроллер № 3 — датчики Д1.1-Д1.n. Если одновременно с контроллером № 1 вышел из строя контроллер № 3, то опрос этих же датчиков может быть осуществлен с помощью контроллера № 2. Таким образом устройство, построенное по рассматриваемой структурной схеме обладает повышенной надежностью, по сравнению с устройством, построенным по структурной схеме, показанной на рисунке 1.4.

Примем структурную схему, показанную на рисунке 1.5 в качестве структурной схемы разрабатываемой судовой системы пожарной сигнализации.