Стенд настройки и проверки функционирования микропроцессорного пожарного извещателя

Стенд настройки и проверки функционирования микропроцессорного пожарного извещателя

Автор: Руководитель: СПбГУ ИТМО, 2008

Цель исследования

• Целью выпускной квалификационной работы является исследование методов и разработка автоматизированной системы контроля качества и диагностики неисправностей оптико-электронных дымовых пожарных извещателей в процессе серийного производства.

Измерительное устройство

• Оптический дымовой пожарный извещатель - извещатель, реагирующий на продукты горения, способные воздействовать на поглощающую или рассеивающую способность излучения в инфракрасном, ультрафиолетовом или видимом диапазоне электромагнитного спектра.

Рисунок 1 – внешний вид извещателя и дымовой камеры

Принцип действия извещателя

• В дымовых точечных оптико-электронных пожарных извещателях используется эффект диффузного рассеяния излучения светодиода на частицах дыма. Светодиод располагается таким образом, чтобы исключить прямое попадание его излучения на фотодиод (на рисунке 2). При появлении частиц дыма часть излучения отражается от них и попадает на фотодиод.
• В пожарном извещателе модель, изображенная на рисунке 2, реализуется с использованием дымовой камеры и электронной схемы, которая фиксирует порог срабатывания и формирует сигнал «Пожар» на контрольный прибор.

Рисунок 2 – модель дымового извещателя

Функциональная схема и параметры извещателя

• Схема извещателя, приведенная на рисунке 3, состоит из оптической системы (ОС), микропроцессорной схемы управления (СУ) и схемы формирования выходных сигналов (ФВ).
• Параметры извещателя, контроль которых должен проводиться:
• Ток потребления в дежурном режиме (Iдеж.), 70 мкА;
• Ток ограничения в режиме срабатывания (Iогр.), 20 мА;
• Напряжение на выходе выносного устройства оптической сигнализации (Uвуос), от 9.5 до 12 В в дежурном режиме, не более 0.7 В в режиме срабатывания;
• Остаточное напряжение на извещателе в режиме срабатывания (Uост.), от 4 до 7 В;
• Напряжение на выходе усилителя сигнала фотодатчика (Uсигн.), от 0.35 до 0.48 В.
• Прочие параметры извещателя:
• Чувствительность (Дб/м): от 0,05 до 0,2
• Диапазон напряжения питания (В): от 8 до 30
• Способ подключения: 2-х проводное подключение
• Диапазон рабочих температур (град.): от -40 до +55
• Габариты (мм): 120*50

Рисунок 3 - функциональная схема дымового извещателя

Технологические операции контроля извещателя

• Входной контроль

• Межоперационный контроль

Рисунок 4 – устройство проверки мощности излучения светодиодов

Рисунок 5 – универсальное устройство проверки платы извещателя

Разработка алгоритма выходного контроля и его оптимизация

• Оптимизация существующего алгоритма ручного контроля с автоматизацией всех процессов состоит в следующем:
• а) Имитация срабатывания датчика производится электрическим сигналом;
• б) Время «прогона» значительно сокращается за счет ужесточения условий «прогона» в виде эквивалентных реальной обстановке помех, которые вводятся в питающий шлейф извещателя;
• в) Автоматизация регистрации и протоколирования результатов контроля.
• Итак, разрабатываемый стенд автоматизированного контроля должен выполнять следующие функции:
• а) Минимизация времени «прогона» выбором теста;
• б) Подтверждение работоспособности изделия во всех режимах;
• в) Контроль стабильности параметров изделия;
• г) Сбор результатов и их статистическая обработка;
• д) Обеспечение возможности настройки извещателя.

Разработка функциональной схемы устройства выходного контроля

Рисунок 5 – Функциональная схема стенда контроля дымового извещателя (МК – микроконтроллер, ИП – источник питания, Ст – стабилизатор напряжения, У – усилитель, ГП – генератор помех, С – сумматор, ЭЭППЗУ – Электрическое энергонезависимое программируемое ПЗУ, ЦП – центральный процессор, ИД – извещатель дымовой)

Оптимизация алгоритма контроля

• Для составления оптимального алгоритма контроля функционирования извещателя необходимо определить последовательность действий, при которой затраченное на испытания и измерения время будет минимальным, а эффективность, то есть принятие верного решения о годности изделия, максимальна. Сократить время представляется возможным с помощью имитации реальных условий эксплуатации изделия электрическим способом, а именно путем динамического изменения напряжения питания и введения импульсных помех в шлейф питания извещателя. Именно эти воздействия на цепь питания извещателя максимально точно воспроизведут все те реальные ситуации, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации изделия. В процессе исследования на основании многолетнего опыта эксплуатации противопожарных систем был составлен набор типовых реальных ситуаций и соответствующих им зависимостей напряжения от времени. Типовые изменения напряжения в цепи питания и их примерное соответствие реальной обстановке представлены на рисунке 6.

Рисунок 6 – Соответствие изменений напряжения в цепи питания реальным ситуациям в процессе эксплуатации (Umin = 8 B, Umax = 30 B, а – различные постоянные напряжения питания, б – имитация работы от АБ (аккумуляторной батареи), в – имитация разряда АБ, г – имитация включения питания от сети)

Экспериментальные исследования устойчивости извещателя к внешним возмущающим воздействиям

• Виды внешних воздействий:
• Динамические изменения напряжения
• Микросекундные импульсные помехи
• Наносекундные импульсные помехи
• Электростатические разряды
• Рисунок 7 – виды динамических изменений напряжения питания (а – провалы напряжения, б – выбросы напряжения, в – прерывания напряжения, г – комбинированное воздействие)

Результаты экспериментальных исследований

• Каждый из представленных на рисунке 7 видов напряжения был сымитирован и подан в цепь питания извещателя. Как только появлялся сигнал о том, что извещатель неисправен, время, которое потребовалось для проверки, заносилось в протокол испытаний. После проведения испытаний по изменению формы напряжения, было решено их повторить, учитывая наличие различных помех, описанных выше. Итого было осуществлено 16 испытаний для каждого сочетания вида напряжения и вида помехи. Результаты испытаний представлены в виде таблицы, представленной на рисунке 8. В первой колонке таблицы указан вид напряжения и помехи, во второй время, через которое был выявлен первый неисправный извещатель, в третьей – время, через которое был выявлен последний неисправный извещатель, в четвертой – процент верно определенных неисправных извещателей.

Рисунок 8 – Протокол испытаний по определению оптимального режима (МИП – микросекундные импульсные помехи, НИП – наносекундные импульсные помехи, ЭСР – электростатический разряд, б/п. – без помех

Алгоритм контроля извещателя