System detekcji gazów - detekcja CO i LPG w garażach i tunelach

GARAŻOWE SYSTEMY DETEKCJI GAZÓW

Garażowe systemy detekcji gazów przeznaczone są do instalowania w garażach, parkingach podziemnych i służą do wykrywania zagrożeń pochodzących od gazów takich jak tlenek węgla (CO), tlenki azotu (NOx) lub oparów cieczy LPG (tzw. gaz płynny). Konstrukcja dobrze zaprojektowanego systemu wykrywania zagrożeń umożliwia wysoce skuteczną aktywną ochronę życia oraz mienia. System taki może zatem po wykryciu przekroczenia stężenia gazu wyzwolić sygnalizację świetlną oraz dźwiękową, uruchomić odpowiednie stopnie wentylacji, sterować grodziami itp. Oprócz sytuacji typowo zdarzeniowych, urządzenia systemu mogą prowadzić ochronę profilaktyczną polegającą np. na okresowym uruchamianiu wentylacji (tzw. przewietrzanie) obiektu np. w godzinach szczytu.

W zależności od danego obiektu, jego rozległości, budowy, liczby kondygnacji, stosuje się różne rodzaje konstrukcji systemów detekcji gazów i oparów cieczy.

System indywidualny

Systemy indywidualne zbudowane są w oparciu o indywidualne detektory gazów, bez użycia jednostki centralnej (Rys. 1).

Rys. 1. System indywidualny

Detektor zasilany jest sieci 230V AC i zawiera wewnątrz obudowy zasilacz, procesor, czujnik gazu CO, wyjścia przekaźnikowe załączane po przekroczeniu 1-go progu alarmowego, po przekroczeniu 2-go progu alarmowego oraz wyjście przekaźnikowe uruchamiane po wykryciu ewentualnej awarii detektora. Funkcje sterownicze realizuje się w takim systemie jako fizyczne połączenia przewodowe wyjść przekaźnikowych z urządzeniami jak np. lampy ostrzegawcze czy wentylatory. System indywidualny zasadniczo przeznaczony jest do obiektów małych (do ok. 20 punktów detekcyjnych) lub małych stref garażu. Konstrukcja takich systemów jest prosta i tania przy założeniu niezmienności sterowania urządzeń zewnętrznych w trakcie eksploatacji obiektu. W przypadku konieczości zmian sterowania, potrzebna jest modyfikacja okablowania między wyjściami przekaźnikowymi, a urządzeniami sterowanymi. Modyfikacja taka nie zawsze jest prosta w realizacji lub czasami wręcz niemożliwa. W takich przypadkach lepiej zasosować inny rodzaj systemu zawierający tzw. jednostkę centralną.

System indywidualny może być zrealizowany na bazie detektorów np. typu „uniTOX.CO L”, „uniTOX. CO K”, „DUOmaster CO/LPG L”.

Praktyczny przykład instalacji systemu indywidualnego przedstawiony jest na rysunku 2.

Rys. 2. Praktyczna realizacja systemu opartego na detektorach indywidualnych

Przedstawione na nim detektory „DUOmaster CO/LPG L” są zasilane z sieci elektrycznej 230V DC. Wyjścia przekaźnikowe przekroczenia 1-go i 2-go progu alarmowego połączone są równolegle i dalej do dodatkowych przekaźników znajdujących się na tablicy rozdzielczej. Przekaźniki te sterują załączaniem 2-wu biegowej wentylacji oraz świetlno-dźwiękowymi tablicami ostrzegawczymi. Tablice ostrzegawcze wyświetlają migające napisy: ”Nadmiar spalin – nie wchodzić” - umieszczana przed wejściem do garażu (np. wyjście z klatki schodowej), ”Nadmiar spalin – nie wjeżdżać” - umieszczana przed wjazdem do garażu, ”Nadmiar spalin – opuścić garaż” -  umieszczana wewnątrz garażu. Dodatkowo tablice ostrzegawcze wyposażone są standardowo w przerywany sygnał dźwiękowy.

System wielopunktowy standardowy

Systemy wielopunktowe standardowe zbudowane są w oparciu o detektory gazów zasilanych napięciem 12V DC bez wyjść przekaźnikowych. Detektor stosowany w takich systemach ma zainstalowany interfejs dwukierunkowy RS485 przeznaczony do podłączenia z jednostką centralną. Jako jednostkę centralną stosuje się kontroler detekcji gazów typu „DINster 3xRS” (Rys. 3).

Rys. 3. – System wielopunktowy standardowy

Detektor zasilany jest zasilacza 12V DC i zawiera wewnątrz obudowy czujnik gazu CO procesor, wyjście cyfrowe typu RS485. Jako protokół komunikacyjny zastosowano Modbus RTU. Z detektora do jednostki centralnej przesyłane są informacje o przekroczeniu 1-go progu alarmowego, przekroczeniu 2-go progu alarmowego oraz o wykryciu ewentualnej awarii detektora. Funkcje sterownicze realizuje się w takim systemie jako różnego rodzaju wartości parametrów i zależności programowych ustawianych indywidualnie przez użytkownika danego obiektu. Powoduje to pełną elastyczność systemu w dopasowaniu do optymalnego algorytmu sterowania i potrzeb użytkownika. Stosując kontroler „DINster 3xRS” mamy zatem bardzo szerokie możliwości konfigurowania systemu i ustawiania parametrów dzięki rozbudowanej konstrukcji.

Najważniejsze cechy charakterystyczne kontrolera „DINster 3xRS” zebrano w tabeli 1.

 

Zasilanie	Dwie wersje: 12V DC albo 10..28V DC
Ilość obsługiwanych detektorów	1..32 (trzyprogowych CO, dwuprogowych LPG, dwuprogowych NO2)
Rodzaj wejścia dla detektorów	Cyfrowe w standardzie RS485 (protokół Modbus RTU), izolowane galwanicznie
Wyjścia sterujące	6 wyjść swobodnie konfigurowalnych
Rodzaj wyjść	NC, NO
Komunikacja z użytkownikiem	Wszystkie informacje użytkowe i programowania obrazowane są na wyświetlaczu o rozmiarach: 2 linie po 16 znaków alfanumerycznych. Urządzenie wyposażone jest w 4-ro przyciskową klawiaturę. Standardowo zainstalowany jest również sygnalizator akustyczny wewnątrz urządzenia.
Komunikacja zdalna	Łącze zewnętrzne typu RS485 z zaimplementowanym protokołem Modbus RTU.
Podłączenie	Złączki śrubowe
Temperatura pracy	-20 do +50 oC
Wilgotność	do 95 %, bez kondensacji pary
Obudowa	Obudowa na szynę DIN
Wymiary (szer. x wys. x głęb.)	160 mm x 90 mm x  53 mm
Funkcje sterownika	- Centralę użytkownik może ustawić jako CO, CO+LPG lub CO+LPG+NO2. - Przekroczenie progów al. detektorów : Al1/Al2/Al3 (dla CO), Al1/Al2 (dla LPG),  Al1/Al2 (dla NO2) - Awaria detektorów - Okresowe przewietrzanie garażu. Dwa niezależne tryby przewietrzania: godzinowy i okresowy. 9 timerów ustawianych przez użytkownika. - Zegar czasu rzeczywistego. - Rejestracja zdarzeń. Rejestr pierścieniowy o pojemności 1000 zdarzeń z osobnymi hasłami dostępu do przeglądania i kasowania zawartości. Rejestr zawiera informacje osobno dla CO, LPG i NO2. - Algorytm sterowania programowany przez użytkownika. Ustawiane dowolne sterowanie przekaźników wyjściowych od dowolnego progu, dowolnego detektora, dowolnej jego części (CO, LPG, NO2) - Predefiniowany program sterowania. - Otwarta architektura dla zapewnienia rozbudowy kontrolera. - 3 niezależne kanały komunikacyjne RS485 - Funkcja awarii. - Odczyt każdego z detektorów znajdującego się na linii. - Kontrola linii detektorów. - Ustawiana przez użytkownika nazwa systemu (np. w przypadku kilku centralek strefowych). - Przekaźniki typu NO i NC. - Możliwa rozbudowa systemu o dodatkowe moduły przekaźnikowe przy wykorzystaniu jednego z portów RS485. - System haseł dostępu do różnych poziomów obsługi. - Prosta obsługa.

Tabela. 1. Zestawienie charakterystycznych cech jednostki centralnej typu DINster 3xRS

System wielopunktowy standardowy przeznaczony jest do obiektów średnich lub średnich stref garażu. Konstrukcja takich systemów jest prosta i tania nawet przy założeniu konieczności zmian sterowania urządzeń zewnętrznych w trakcie eksploatacji obiektu. W przypadku takiej konieczości, potrzebna jest jedynie modyfikacja wartości parametrów programu jednostki centralnej. Modyfikację taką przeprowadza się za pomocą wbudowanej klawiatury i wyświetlacza. Operacja jest prosta i intuicyjna w realizacji.

System wielopunktowy standardowy może być zrealizowany na bazie detektorów np. typu „uniTOX. CO G”, „DUOmaster CO/LPG G”.

Praktyczny przykład instalacji systemu wielopunktowego standardowego przedstawiony jest na rysunku 4.

Rys. 4. Praktyczna realizacja systemu wielopunktowego standardowego

Przedstawione na nim detektory „DUOmaster CO/LPG  G” są zasilane z zasilacza 12V DC. Interfejsy komunikacyjne RS485 połączone są w magistralę, której długość może wynosić maksymalnie 1200 metrów. Wyjścia przekaźnikowe przekroczenia 1-go, 2-go, 3-go (opcjonalnie) progu alarmowego CO oraz wyjścia przekaźnikowe przekroczenia 1-go, 2-go progu alarmowego LPG, a także wyjście przekaźnikowe sygnalizujące ewentualną awarię detektora znajdują się w kontrolerze „DINster 3xRS”, który pełni rolę jednostki centralnej. Wyjścia przekaźnikowe mogą być konfigurowane swobodnie, tak że np. można łączyć sterowanie urządzeniami wspólnie od CO i LPG lub wydzielać detektory do sterowania innymi urządzeniami. Wyjścia przekaźnikowe mogą sterować załączaniem 2-wu biegowej wentylacji oraz świetlno-dźwiękowymi tablicami ostrzegawczymi. Tablice ostrzegawcze wyświetlają migające napisy: ”Nadmiar spalin – nie wchodzić” - umieszczana przed wejściem do garażu (np. wyjście z klatki schodowej), ”Nadmiar spalin – nie wjeżdżać” - umieszczana przed wjazdem do garażu, ”Nadmiar spalin – opuścić garaż” -  umieszczana wewnątrz garażu. Dodatkowo tablice ostrzegawcze wyposażone są standardowo w przerywany sygnał dźwiękowy.

System wielopunktowy złożony

Systemy wielopunktowe złożone zbudowane są w oparciu o detektory gazów zasilanych napięciem 12V bez wyjść przekaźnikowych. Detektor stosowany w takich systemach ma zainstalowany interfejs dwukierunkowy RS485 przeznaczony do podłączenia z jednostką centralną. Jako jednostkę centralną stosuje się centralę typu modularPAG (Rys. 5).

Rys. 5. – System wielopunktowy złożony

Detektor zasilany jest zasilacza 12V DC znajdującego się w centrali modularPAG i zawiera wewnątrz obudowy czujnik gazu CO procesor, wyjście cyfrowe typu RS485. Jako protokół komunikacyjny zastosowano Modbus RTU. Z detektora do jednostki centralnej przesyłane są informacje o przekroczeniu 1-go progu alarmowego, przekroczeniu 2-go progu alarmowego oraz o wykryciu ewentualnej awarii detektora. Funkcje sterownicze realizuje się w takim systemie jako różnego rodzaju wartości parametrów i zależności programowych. Powoduje to pełną elastyczność systemu w dopasowaniu do optymalnego algorytmu sterowania i potrzeb użytkownika. Centrala „modularPAG” zapewnia bardzo szerokie możliwości konfigurowania systemu i ustawiania parametrów dzięki modularnej konstrukcji. Budowa modułowa umożliwia skonfigurowanie zarówno na poziomie sprzętowym jak i programowym idealnie dopasowanej jednostki centralnej. Niemniej jednak, jeżeli nastąpiłaby konieczość rozbudowy obiektu garażowego, to rozbudowę systemu detekcji realizuje się przez proste instalowanie dodatkowych modułów.

Najważniejsze cechy charakterystyczne centrali modularPAG zebrano w tabeli 2.

 

Zasilanie	230V AC
Ilość obsługiwanych detektorów	1..200 (trzyprogowych CO, dwuprogowych LPG, dwuprogowych NO2)
Rodzaj wejścia dla detektorów	Cyfrowe w standardzie RS485 (protokół Modbus RTU), izolowane galwanicznie
Wyjścia sterujące	Wyjścia przekaźnikowe swobodnie konfigurowalnych
Rodzaj wyjść	NC, NO, 12V DC, zaworowe
Komunikacja z użytkownikiem	Wszystkie informacje użytkowe i programowania obrazowane są na wyświetlaczu SVGA 1280x1024 punkty. Urządzenie wyposażone jest w interfejs dla myszy PC. Standardowo zainstalowany jest również sygnalizator akustyczny wewnątrz urządzenia.
Komunikacja zdalna	Łącze zewnętrzne typu RS485 z zaimplementowanym protokołem Modbus RTU.
Podłączenie	Złączki śrubowe
Temperatura pracy	-20 do +50 oC
Wilgotność	do 95 %, bez kondensacji pary
Obudowa	Typowa szafa metalowa do montażu aparatów elektrycznych
Wymiary (szer. x wys. x głęb.)	W zależności od konfiguracji: 600x600x250 mm, 1000x600x250 mm lub inne
Funkcje centrali	- Centrala może być skonfirurowana jako CO, CO+LPG lub CO+LPG+NO2. - Przekroczenie progów al. detektorów : Al1/Al2/Al3 (dla CO), Al1/Al2 (dla LPG),  Al1/Al2 (dla NO2) - Awaria detektorów - Algorytm sterowania programowy. Ustawiane dowolne, sterowanie przekaźników wyjściowych od dowolnego progu, dowolnego detektora, dowolnej jego części (CO, LPG, NO2) - Otwarta architektura dla zapewnienia rozbudowy centrali za pomocą modułów. - 4 niezależne, izolowane galwanicznie kanały komunikacyjne RS485 na każdym module - Funkcja awarii. - Odczyt każdego z detektorów znajdującego się na linii. - Kontrola linii detektorów. - Przekaźniki typu NO i NC w liczbie 12 szt na każdym module - Możliwa rozbudowa systemu o dodatkowe moduły przekaźnikowe lub wejść detektorowych przy wykorzystaniu wewnętrznego portu RS485. - Prosta obsługa.

Tabela. 2. Zestawienie charakterystycznych cech jednostki centralnej typu modularPAG

Rys. 6. Płyta czołowa typowej centrali modularPAG. Na zdjęciu widoczny ekran SVGA z wyświetlonymi informacjami dotyczącymi aktualnego stanu poszczególnych detektorów systemu oraz stan wyjść przekaźnikowych.

Na rysunku 6 przedstawiono przykład typowej centrali „modularPAG” stosowanej w systemach wielopunktowych złożonych. Uwagę zwraca wyświetlanie rozdzielonych stanów detektorów dwugazowych typu „DUOmaster CO/LPG”. W przykładzie wyświetlane są stany trójprogowych modułów tlenku węgla i dwuprogowych LPG. Przekaźniki mogą być sterowane wspólnie lub niezależnie.

Rys. 7. Przykład budowy wewnętrznej centrali modularPAG

Rysunek 7 pokazuje przykład budowy wewnętrznej centrali modularPAG. Widoczne są: listwa podłączeniowa, moduły jednostki centralnej zasilacze buforowe oraz akumulatory podtrzymujące zasilanie na wypadek zaniku zasilania z sieci elektrycznej 230V AC. Urządzenie pracuje w oparciu o własny procesor i system operacyjny, w pełni odporne na zakłócenia i niepodatne na tzw. zawieszenia.

System wielopunktowy złożony przeznaczony jest do obiektów dużych lub dużych stref garażu. Konstrukcja takich systemów umożliwia łatwą rekonfigurację przy założeniu konieczności zmian sterowania urządzeń zewnętrznych w trakcie eksploatacji obiektu. W przypadku takiej konieczości, potrzebna jest jedynie modyfikacja wartości parametrów programu jednostki centralnej oraz ewentualnie instalacja dodatkowych modułów sprzętowych. System wielopunktowy złożony może być zrealizowany na bazie detektorów np. typu „uniTOX.CO G”, „DUOmaster CO/LPG G”.

Praktyczny przykład instalacji systemu wielopunktowego standardowego przedstawiony jest na rysunku 5. Przedstawione na nim detekory „DUOmaster CO/LPG G” oraz „uniTOX.CO G” są zasilane z zasilacza 12V DC znajdującego się w centrali „modularPAG”. Przy bardziej rozległej instalacji detektorów, konieczna może się okazać ze względu na spadki  napięcia, instalacja dodatkowych zasilaczy. Na rysunku widnieją 4 linie magistralne, na których może być podłączone do 30 sztuk detektorów. Dzięki zastosowaniu interfejsu cyfrowego, centrala rozpoznaje każdy detektor osobno. Interfejsy komunikacyjne RS485 połączone są w magistrale, których długość każdej z nich może wynosić maksymalnie do 1200 metrów. Wyjścia przekaźnikowe przekroczenia 1-go, 2-go, 3-go (opcjonalnie) progu alarmowego CO oraz wyjścia przekaźnikowe przekroczenia 1-go, 2-go progu alarmowego LPG, a także wyjście przekaźnikowe sygnalizujące ewentualną awarię detektora znajdują się w jednostce centralnej „modularPAG”. Wyjścia przekaźnikowe mogą być konfigurowane swobodnie, tak że np. można łączyć sterowanie urządzeniami wspólnie od CO i LPG lub wydzielać detektory do sterowania innymi urządzeniami. Wyjścia przekaźnikowe mogą sterować np. załączaniem 2-wu biegowej wentylacji oraz świetlno-dźwiękowymi tablicami ostrzegawczymi. Tablice ostrzegawcze wyświetlają migające napisy: ”Nadmiar spalin – nie wchodzić” - umieszczana przed wejściem do garażu (np. wyjście z klatki schodowej), ”Nadmiar spalin – nie wjeżdżać” - umieszczana przed wjazdem do garażu, ”Nadmiar spalin – opuścić garaż” -  umieszczana wewnątrz garażu. Dodatkowo tablice ostrzegawcze wyposażone są standardowo w przerywany sygnał dźwiękowy.

Niezależny zewnętrzny kanał (lub kanały) komunikacyjny RS485 można użyć do zdalnego monitoringu i rejestracji zdarzeń w oprogramowaniu wizualizacyjnym lub podłączyć do systemu BMS.

System wizualizacji i sterowania PAGview

System wizualizacyjny PAGview jest programem komputerowym na platformę PC/Windows i zapewnia  bardzo komfortowy  warsztat  pracy  z  wieloma  udogodnieniami  co w powiązaniu  z  elastycznym interfejsem użytkownika i swobodą jego konfigurowania  jak i całego programu, pozwala na wydajną i efektywną pracę. Dzięki wykorzystaniu uniwersalnej technologii VDM, program może być swobodnie  rozbudowywany bez potrzeby aktualizacji oprogramowania.

Program PAGview składa się głównie z dwóch okien. W pierwszym konfiguruje się strukturę działania systemu, w drugim rozmieszcza się elementy wizualizacyjne jak np. przyciski, lampki kontrolne. Elementy wizualizacyjne mogą być umieczone na planie mapy obiektu kontrolowanego przez system.

Przykładowy wygląd programu PAGview pokazuje rysunek 8.

Rys. 8. – System wizualizacji i sterowania PAGview

Program PAGview zbudowany jest w opaciu o technologię VDM czyli modułów wirtualnych  urządzeń  i  programowaniu  ich  zależności  w  języku  graficznym.  Oznaza  to bardzo łatwe posługiwanie się możliwościami systemu oraz projektowanie najbardziej nawet skomplikowanych  zastosowań  przy  wykorzystaniu  tylko  myszki  komputerowej.  Dzięki zastosowanej  technologii  VDM  istnieją  bardzo  szerokie  możliwości  rozbudowy  całego systemu  przez  prostą  instalację  modułów  programowych  bez  zmiany  oprogramowania. Instalacja  ta  przebiega  automatycznie  podczas  uruchamiania  programu  bez  konieczności

angażowania użytkownika. W   oknie   struktury   projektu   dokonuje   się   instalacji odpowiednich modułów VDM i połączeniu ich poprzez system wirtualnych wtyczek i przewodów. Moduły odpowiedzialne są  za  wykonywanie  konkretnych  zadań  typu  komunikacja  z  otoczeniem,  przetwarzanie danych, wizualizacja, sterowanie, itd. Pogrupowane one są według przeznaczenia niezależnie od stopnia ich komplikacji.

System PAGview oprócz funkcji typowo wizualizacyjnych czy sterujących zawiera również opcje rejestracji. Rejestracja ta może być czasowa czyli zapis aktualnych stanów wszystkich elementów systemu lub zdarzeniowa, a więc zapis do pliku tekstowego tylko tych elementów systemu, na których nastąpiło np. przekroczenie poziomów alarmowych.

PODSUMOWANIE

Właściwy wybór systemów dla garaży i parkingów podziemnych dokonujemy ze względu na wielkość obiektu:

- obiekty małe: system indywidualny z użyciem detektorów indywidualnych zasilanych z sieci 230V~, bez jednostki centralnej

- obiekty średnie: system wielopunktowy standardowy z użyciem detektorów zasilanych z 12V= oraz jednostki centralnej typu DINster 3xRS

- obiekty duże: system wielopunktowy złożony z użyciem detektorów zasilanych z 12V= oraz jednostki centralnej typu modularPAG

Przy zastosowaniu systemu wielopunktowego, można zainstalować także system wizualizacji i sterowania typu PAGview.