ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6343| Title: | Автоматизована система виявлення диму |
| Authors: | Міценко, Сергій Анатолійович Марченко, Олександр Олександрович |
| Issue Date: | Jun-2025 |
| Abstract: | У межах виконаної роботи проведено всебічне вивчення, аналіз та практичне моделювання автоматизованої системи детектування диму з інтеграцією сучасних сенсорів та оптичних технологій. Отримані результати дозволяють сформулювати такі основні висновки. Аналіз сучасних технологій виявлення диму показав, що найбільш ефективними на сьогодні є комбіновані підходи, які поєднують іонізаційні, оптичні та термоелектричні методи. Такий підхід забезпечує підвищену чутливість до різних типів загорянь (тління, полум’я, поява чадного газу), що критично важливо для мінімізації ризиків у реальних умовах. Оптичне моделювання системи детектування дозволило визначити оптимальні параметри розміщення випромінювачів і приймачів світла, а також сформувати геометрію світловодів, що мінімізує фонові засвічення та підвищує точність реєстрації частинок. Застосування теорії Мі дало можливість адаптувати пристрій до виявлення частинок різного розміру та складу. Упровадження двох довжин хвиль (інфрачервоного та синього діодів) забезпечило високу селективність системи до частинок різної природи, що підвищує ефективність диференціації між димом, парою та пилом. Це суттєво знижує кількість хибних спрацювань. Конструктивне проєктування пристрою в середовищі SolidWorks і моделювання в OpticStudio дозволили не лише створити функціонально досконалий корпус із високою технологічною надійністю, але й оптимізувати параметри розсіювання світла в системі візуального оповіщення відповідно до стандарту EN54-23. Функціональна схема пристрою, побудована на базі мікроконтролера STM32, забезпечує гнучке управління, високу точність вимірювань, стабільність роботи при змінних параметрах живлення, а також можливість інтеграції додаткових модулів, включаючи CO-датчики та систему охолодження сенсорів. Система виявлення чадного газу розширює функціональні можливості пристрою та підвищує його цінність у контексті пожежної безпеки, враховуючи високу токсичність і невидимість оксиду вуглецю. Система автоматичного пожежогасіння з використанням фторкетону Novec 1230 дозволяє не лише оперативно локалізувати пожежу, але й забезпечує захист електроніки та інших чутливих елементів інфраструктури без побічного забруднення. Загалом, запропонована автоматизована система детектування диму та чадного газу відзначається високим ступенем інженерної досконалості, надійністю, технологічністю виготовлення та гнучкістю в експлуатації. Її впровадження дозволить суттєво підвищити рівень пожежної безпеки у побутових, комерційних та промислових об’єктах. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6343 |
| Appears in Collections: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_174_2025_Марченко.pdf Restricted Access | 1.72 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА до кваліфікаційної роботи освітнього ступеня «бакалавр» на тему: АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА ВИЯВЛЕННЯ ДИМУ Виконав студент 2 курсу групи АКІТС-2109 спеціальності 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка Олександр МАРЧЕНКО (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) Керівник Сергій МІЦЕНКО (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) Рецензент (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) Захист дозволяю: зав. кафедри, д.т.н., професор Валентина ЛУКАШЕНКО (підпис) (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) Черкаси 2025 ЗМІСТ СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ ......................................... 3 ВСТУП ......................................................................................................................... 4 РОЗДІЛ 1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ПРОЦЕСУ ДЕТЕКТУВАННЯ ДИМУ ....... 6 1.1 Пристрій димової сигналізації ......................................................................... 6 1.2 Значення чадного газу у технологіях детектування .................................... 12 1.3 Пристрої візуальної сигналізації ................................................................... 14 1.4 Пристрій звукової сигналізації ...................................................................... 20 РОЗДІЛ 2 ПРОЕКТУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ ВИЯВЛЕННЯ ДИМУ ......................................................................................................................... 23 2.1 Оптичне проєктування димової камери ........................................................ 23 2.2 Оптичне проєктування пристроїв візуальної сигналізації .......................... 28 2.3 Функціональна схема автоматизованого приладу ....................................... 30 2.4 Проектування автоматизованого пристрою для детектування диму ........ 33 РОЗДІЛ 3 ОПТИМІЗАЦІЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ КОМПОНЕНТІВ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ .................................................................................................... 40 3.1 Оптимізація процесу детектування диму ..................................................... 40 3.2 Оптимізація процесу пожежогасіння ............................................................ 42 3.3 Вибір виконавчих механізмів ........................................................................ 45 3.4 Scada-система детектування диму і пожежогасіння .................................... 51 ВИСНОВКИ ............................................................................................................... 56 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................................. 58 2 СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ АСУ – автоматизована система управління АСУТП – автоматизована система управління технологічним процесом АЦП – аналогово-цифровий перетворювач КВП – контрольно-вимірювальні прилади КЕ – керівництво по експлуатації МПСА – мікропроцесорна система автоматизації ОУ – об’єкт управління ПК – пристрій керування САУ – система автоматичного управління СУ – система управління ФСА – Функціональна схема автоматизації 3 ВСТУП Актуальність теми. Сучасний розвиток систем безпеки в житлових, комерційних і промислових об’єктах супроводжується активним впровадженням автоматизованих технологій раннього виявлення пожежонебезпечних ситуацій. Пожежі щороку призводять до значних людських втрат, матеріальних збитків та знищення інфраструктури, що зумовлює потребу в надійних і ефективних системах виявлення диму та токсичних газів на ранніх етапах займання. Особливу загрозу становить чадний газ – безбарвна, беззапахова і високо токсична речовина, яка нерідко спричиняє отруєння та смертність ще до поширення вогню. Актуальність проблеми зростає в умовах стрімкої урбанізації, збільшення щільності забудови та активного використання легкозаймистих матеріалів у побуті й промисловості. Більшість існуючих детекторів обмежені за функціональністю, чутливістю до фонових перешкод або складністю обслуговування. Новітні технології дозволяють створювати мультифункціональні пристрої, здатні розпізнавати різні типи диму, фільтрувати хибні сигнали та оперативно реагувати на появу небезпечних концентрацій газів завдяки поєднанню оптичного аналізу, мікроконтролерного керування та сенсорики. Таким чином, актуальність теми зумовлена потребою у розробці універсального, високочутливого та конструктивно оптимізованого пристрою детектування диму, здатного ефективно функціонувати в широкому діапазоні умов і забезпечувати високий рівень пожежної безпеки. Мета роботи – проектування автоматизованого пристрою детектування диму з інтеграцією системи візуального та звукового оповіщення. Об’єкт дослідження – процес розробки інтелектуальної системи виявлення диму, чадного газу та візуального попередження на основі оптичних принципів та мікроконтролерного керування. 4 Предмет дослідження – автоматизовані системи виявлення диму Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання: − Проведено аналітичний огляд існуючих технологій виявлення диму та токсичних газів. − Досліджено оптичні властивості димових частинок та їх вплив на розсіювання світла. − Створено функціональну схему пристрою та обґрунтовано вибір конструктивних і електронних рішень. Методи дослідження. У роботі застосовано методи системного аналізу, фізичного та оптичного моделювання, електронного проєктування, CAD- моделювання в SolidWorks, оптичного трасування в OpticStudio, а також мікроконтролерного програмування із використанням STM32. Для налаштування системи використовувався структурно-функціональний підхід: збір вхідних даних, аналіз, прийняття рішень та керування виконавчими елементами. Практичне значення отриманих результатів. Розроблена система може бути використана для раннього виявлення диму та чадного газу у побутових, комерційних і промислових приміщеннях. Універсальність конструкції, енергоефективність, висока точність виявлення та інтеграція візуального й звукового оповіщення дозволяють ефективно попереджати пожежі, знижуючи ризики для життя і майна. Модульність і технологічна адаптивність системи забезпечують її масштабування, модернізацію та впровадження в різних умовах експлуатації. 5 РОЗДІЛ 1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ПРОЦЕСУ ДЕТЕКТУВАННЯ ДИМУ 1.1 Пристрій димової сигналізації У сучасних умовах головною метою розробників систем протипожежної безпеки є збереження людських життів та захист майна під час пожежі. Ефективна протипожежна система повинна бути комплексною, включаючи не лише виявлення загоряння, а й оперативне оповіщення для швидкого реагування. При пожежі або вибуху можуть виникнути численні загрози, що призводять до отруєнь, травм, матеріальних збитків чи навіть загибелі. Основні небезпечні фактори включають відкритий вогонь та іскри, токсичні продукти горіння, підвищену температуру, щільний дим, низький рівень кисню та обвалення конструкцій. Для ефективного виявлення пожежі важливо розуміти специфіку роботи димових сповіщувачів. Відомо, що горіння бавовни та деревини утворює білий дим, пінополіуретан та вироби з ПВХ – чорний. Оптичні димові датчики реагують по-різному на дим залежно від його кольору та щільності. Димовий сповіщувач — це пристрій, який розпізнає наявність диму, зазвичай як ознаку пожежі. Його корпус здебільшого має пластикову оболонку у формі диска діаметром приблизно 150 мм (6 дюймів) і товщиною 25 мм (1 дюйм), хоча параметри можуть змінюватися залежно від моделі. Робота детектора диму ґрунтується на оптичному (фотоелектричному) або фізичному (іонізаційному) методі. Деякі пристрої використовують комбінацію обох технологій для підвищення точності. Крім основної функції, чутливі датчики можуть бути застосовані для контролю заборонених зон куріння. Побутові та комерційні детектори Побутові детектори, відомі також як димові сигналізатори, можуть подавати звуковий або візуальний сигнал тривоги безпосередньо з самого пристрою або синхронізуватися з іншими датчиками. Вони варіюються від автономних моделей на батарейках до мережевих пристроїв із резервним 6 живленням. Якщо один із таких сповіщувачів виявляє дим, сигнал тривоги активується на всіх пристроях у системі, навіть у разі відключення електроживлення в будинку. Комерційні датчики диму, навпаки, працюють у складі централізованої системи пожежної сигналізації, передаючи дані до приймально-контрольного пристрою. Більшість таких датчиків не оснащені власними звуковими сигналізаторами, хоча деякі моделі мають вбудовані оповіщувачі. Встановлення та зв’язок датчиків Усі детектори диму мають бути безпосередньо підключені до електромережі, синхронізовані між собою та оснащені резервним живленням. Їхнє розташування визначається місцевими нормами: − Усередині або зовні спальних кімнат для своєчасного реагування на пожежу − На сходових клітках, у коридорах та гаражах, якщо цього вимагають регуляторні стандарти У новобудовах дротове підключення датчиків є зручним і ефективним, тоді як в існуючих будівлях частіше використовують бездротові технології. При інтегрованій мережі димової сигналізації тривога активується по всій системі, навіть якщо осередок загоряння знаходиться далеко від мешканців. Процес горіння характеризується різними фізико-хімічними параметрами. Горіння утворює дрібні частинки диму, а тління – більші. Зміни температури середовища впливають на агломерацію частинок, що з часом формують крупніші частки, знижуючи їх концентрацію. Важливо, щоб детектори диму могли розпізнавати різні типи диму та відфільтровувати пил, який може імітувати тління речовин. Щоб правильно налаштувати систему детекції, потрібно розуміти розміри частинок диму, що утворюються при горінні різних матеріалів. Тління деревини спричиняє утворення частинок розміром 0,1 мкм, горіння бавовняного шнура – 0,15 мкм, тління Н-гептану та пінополіуретану – 0,2 мкм, мокре тління деревини – 0,45 мкм. 7 На основі цих параметрів можна визначити оптимальні характеристики датчиків для максимально ефективного виявлення пожежі. Інтенсивність розсіювання I визначається як квадрат амплітуди електричного вектора. Вихідний сигнал фотоприймача сповіщувача залежить безпосередньо від рівня інтенсивності. Розподіл інтенсивності розсіювання I визначається відносним параметром q = πD/λ, який відображає залежність розміру частинок від довжини хвилі світла, що випромінюється діодом. Кут спостереження Θ позначає положення між напрямком падаючого світла і розташуванням фотоприймача. Якщо приймач знаходиться в зоні прямого променя, то Θ = 0°. Для моделювання дифракції на частинках неправильної форми використовується теорія Мі. Плоску електромагнітну хвилю, що відповідає частинкам диму, можна представити як суперпозицію сферичних хвиль, випромінюваних з центральної частини сфери. Кожна з цих елементарних хвиль спричиняє поляризацію сфери, що формує вторинну хвилю, яка виходить із частинки. Ці вторинні хвилі, відомі як парціальні хвилі Мі, генерують розсіяне світло. Відповідно до теорії Мі, інтенсивність розсіяного світла I досягає максимуму в напрямку падіння світла (Θ = 0°) і в протилежному напрямку (Θ = 80°), тоді як мінімум спостерігається у площині симетрії (Θ = 90°), за винятком випадків із високою провідністю або діелектричною проникністю. Помітно, що зі збільшенням радіуса частинок симетрія розсіювання порушується, і більше світла розсіюється в напрямку падіння променя, ніж у протилежному напрямку. Цей ефект отримав назву ефекту Мі. При збільшенні розміру частинок більша частина розсіяного світла концентрується в напрямку Θ = 0°. Якщо ж радіус сфери суттєво перевищує довжину хвилі світла, згідно з законами геометричної оптики, світло здебільшого буде відбиватися від поверхні частинки. Для більш якісного детектування диму деякі виробники девайсів використовують дві довжини хвилі. Якщо подивитися дослідження при яких 8 частинку опромінюють різними довжинами хвиль, то можна побачити що розсіяння не рівномірне а має певний напрям і чим більша різниця по модулю між частинами довжин хвиль випромінюючих діодів тим ми можемо побачити явну різницю напрямку випромінювання (рис. 1.1). Рисунок 1.1 – Вибір частинок за розмірами враховуючи приймаючи інтенсивність розсіювання світла Деякі частинки, такі як дим або пар, мають розмір від 1 до 10 мкм і навіть при низькій концентрації можуть створювати високу інтенсивність випромінювання, що призводить до хибних спрацювань детекторів. Саме тому оптичні датчики диму не встановлюють у кухнях та ванних кімнатах, адже через великий потік повітря вони можуть некоректно реагувати на пару або частинки забруднення. Щоб зменшити нерівномірність чутливості до частинок диму, які утворюються при горінні різних матеріалів, та забезпечити точнішу детекцію для різних типів пожеж, виробники сповіщувачів застосовують різні підходи. 9 Одним із таких рішень є встановлення двох джерел опромінення, що допомагає краще розпізнавати характер та природу частинок, що потрапляють у зону детекції. Принцип роботи детектора Димовий детектор – це пристрій, призначений для виявлення частинок диму у повітрі, які можуть сигналізувати про початок пожежі. Він виконує ключову роль у системах пожежної безпеки, оскільки дозволяє оперативно реагувати на загрозу займання та запобігати серйозним наслідкам. Іонізаційні детектори Іонізаційні димові датчики працюють за принципом електричного струму, що змінюється під впливом частинок диму. У пристрої знаходиться камера з іонізуючим випромінюванням (зазвичай ізотоп америцію-241), яке створює постійний потік альфа-частинок. Коли дим потрапляє у камеру детектора, він впливає на цей потік, змінюючи електропровідність повітря між двома електродами. Зниження струму реєструється як наявність диму, що викликає сигнал тривоги. Переваги: − Швидко реагує на дрібні частки диму − Добре працює при швидкому займанні матеріалів − Відносно недорогий Недоліки: − Чутливий до забруднень і пилу − Використання радіоактивних матеріалів потребує контролю − Може давати хибні спрацювання у приміщеннях з підвищеним потоком повітря Оптичні (фотоелектричні) детектори Фотоелектричні детектори працюють на основі світлового променя, який фіксує присутність частинок диму. Усередині пристрою встановлено світлодіод, що випромінює світло, та фотодетектор, який його приймає. Коли дим потрапляє у камеру, він розсіює або блокує світловий потік, змінюючи інтенсивність світла, 10 яке доходить до фотодетектора. Ця зміна реєструється системою, і у разі перевищення допустимих значень активується сигнал тривоги. Переваги: − Добре реагує на повільне тління матеріалів − Менш схильний до хибних спрацювань через повітряний потік − Безпечний, оскільки не містить радіоактивних елементів Недоліки: − Чутливий до пилу та забруднень − Може пропустити швидке загоряння легкозаймистих речовин Термоелектричні детектори Ці пристрої реєструють зміни температури, що відбуваються під час пожежі. Вони оснащені термістром або іншим температурним сенсором, який реагує на підвищення температури в приміщенні. Якщо температура перевищує порогове значення, детектор визначає це як аномалію і активує тривогу. Деякі моделі поєднують термічний сенсор із фотоелектричним, що покращує точність виявлення. Переваги: − Стійкість до пилу та забруднень − Ефективність у приміщеннях з високою тепловою активністю − Виключає хибні спрацювання від звичайного диму чи пилу Недоліки: − Може не спрацювати при тлінні без значного нагрівання − Пожежа може розвинутися до критичного рівня до моменту детекції Кожен тип димового детектора має свої особливості та найкраще підходить для певних умов експлуатації. Іонізаційні детектори ефективні при швидкому займанні, оптичні – при повільному тлінні, а термоелектричні краще працюють у приміщеннях із змінними температурними режимами. При виборі системи пожежної безпеки слід враховувати середовище, у якому вона буде працювати, та можливість комбінування різних типів детекторів для максимальної ефективності. 11 1.2 Значення чадного газу у технологіях детектування Чадний газ утворюється внаслідок неповного згоряння обвуглених матеріалів. Його висока токсичність у поєднанні з відсутністю запаху та кольору робить його надзвичайно небезпечним, оскільки він легко потрапляє в організм при вдиханні, спричиняючи тяжкі наслідки. У разі найменшої підозри на наявність чадного газу першочерговою дією має бути негайний вихід на свіже повітря. Оксид вуглецю (CO) утворюється під час будь-якого процесу горіння, проте його концентрація зазвичай обмежена зоною займання. Якщо у місці горіння недостатньо кисню, ризик отруєння чадним газом значно зростає. У побутових умовах джерелами небезпеки можуть бути передчасно закриті печі, працюючий двигун автомобіля у закритому приміщенні, неправильно налаштована газова плита або несправна вентиляція. Останнім часом почастішали випадки отруєнь чадним газом, пов’язані з курінням кальяну. Будь-які опалювальні пристрої всередині приміщень можуть бути джерелами чадного газу. Він має здатність викликати сплутаність свідомості, що позбавляє людину можливості реагувати на небезпеку. У більшості випадків саме отруєння чадним газом, а не вплив диму чи відкритого вогню, стає основною причиною загибелі людей під час пожеж. Потрапляючи в організм, чадний газ починає витісняти кисень у крові. Через сильну спорідненість CO з гемоглобіном він зв’язується з ним у 200 разів ефективніше, ніж кисень, що призводить до швидкого поширення газу по тканинах. Внаслідок цього організм перестає отримувати достатню кількість кисню, що порушує його функціонування. Найбільш чутливими до гіпоксії є мозок, нервова система та серце, а отруєння чадним газом призводить до втрати ясності мислення, через що постраждала людина часто не усвідомлює небезпеку і не встигає врятуватися. Симптоми отруєння чадним газом залежать від його концентрації у вдихуваному повітрі. При низькому рівні інтоксикації можуть спостерігатися головний біль, запаморочення, пульсація у скронях, сонливість, слабкість, 12 порушення рівноваги, дзвін у вухах, мерехтіння перед очима, нудота, блювання, сльозотеча та позиви до кашлю. У тяжчих випадках можливі слухові та зорові галюцинації, почастішання пульсу, підвищення артеріального тиску, млявість, втрата свідомості та дихальна недостатність. При критичному рівні отруєння людина може знепритомніти, що без своєчасної допомоги призводить до зупинки мозкової діяльності та смерті. Особливо уразливими до чадного газу є діти, люди з хронічними захворюваннями органів дихання та кровообігу, а також літні особи. Навіть мінімальна концентрація цього газу може становити серйозну загрозу для плоду, тому вагітним жінкам слід негайно звертатися за медичною допомогою при найменшій підозрі на отруєння. У дітей інтоксикація чадним газом може спричинити пошкодження міокарда навіть без аномальних змін у електрокардіограмі. Рисунок 1.2 – Сенсор TGS5141-P00 для детектування монооксиду вуглицю Оксид вуглецю часто супроводжується ще однією небезпечною сполукою – ціанідами, які діють швидше та агресивніше. Як і чадний газ, ціанідні речовини не мають запаху і кольору, але їхня токсичність ще вища. Вони утворюються при горінні текстилю, пластмас, поролону, шерсті та хімічних матеріалів. Закриті, погано вентильовані приміщення, особливо підвали, можуть бути осередками накопичення цих небезпечних речовин. Отруєння ціанідами розвивається 13 набагато швидше, ніж інтоксикація чадним газом – симптоми проявляються вже через кілька хвилин і стрімко загострюються. У разі пожежі вплив ціанідів часто призводить до летальних наслідків. Система контролю якості повітря та детектор диму. Щоб запобігти отруєнню, важливо дотримуватися обережності та не закривати пічну засувку занадто рано. Краще залишити її відкритою трохи довше, ніж ризикувати передчасним перекриттям доступу повітря. Побутові відходи, при спалюванні яких утворюються токсичні ціанідні сполуки, не повинні використовуватися для опалення в домашніх умовах. У разі пожежі детектор диму може відіграти вирішальну роль у порятунку життів, своєчасно сповіщаючи про загрозу займання. Він реагує на дим, який з'являється на ранніх етапах пожежі, дозволяючи людині залишити приміщення ще до того, як горіння призведе до утворення чадного газу. Для виявлення чадного газу необхідний спеціалізований датчик, оскільки звичайний детектор диму не розпізнає його наявність. Саме тому у нашій системі передбачене встановлення датчика чадного газу, що дозволяє оперативно виявляти небезпечну концентрацію цього газу. При підозрі на отруєння чадним газом слід негайно залишити приміщення та вийти на свіже повітря. Спокійне і глибоке дихання допоможе організму позбутися симптомів інтоксикації через певний час. 1.3 Пристрої візуальної сигналізації Звукові сигнали та пристрої оповіщення давно відіграють ключову роль у попередженні мешканців будівлі про пожежу, сприяючи швидкій та організованій евакуації. Хоча звукові оповіщувачі часто вважаються основним елементом системи сигналізації, вони не завжди гарантують, що всі люди в приміщенні отримають попередження вчасно. Люди з порушенням слуху або ті, хто перебуває в умовах сильного шумового фону, можуть не відразу почути сигнал тривоги, що ускладнює їхню евакуацію. Саме тому все більше установ доповнюють звукові пристрої 14 візуальною сигналізацією (VAD), що значно підвищує ефективність оповіщення і сприяє безпеці всіх категорій населення. Рисунок 1.3 – Візуальний оповіщувач пожежі З січня 2014 року в Європі установка пристроїв візуальної сигналізації (VAD) стала обов’язковою. Завдяки впровадженню стандарту EN54-23, розробленого Європейським комітетом зі стандартизації (CEN), використання VAD значно зросло у комерційних будівлях. Цей стандарт регламентує застосування візуальних сповіщувачів у системах пожежної сигналізації для непобутових приміщень, встановлюючи вимоги до їх роботи, методи тестування та критерії ефективності, щоб усі параметри пристроїв оцінювалися однаково. Ознайомимося з ключовими перевагами використання VAD у поєднанні зі звуковими сигналізаторами, що дозволяє забезпечити надійне оповіщення кожного мешканця будівлі, сприяючи швидкій евакуації та рятуючи життя: − Ефективність у тихих приміщеннях. Хоча пожежна сигналізація є необхідною, її звук може залишитися непоміченим у певних умовах. Норми безпеки рекомендують встановлення візуальних сповіщувачів у місцях, де звукові пристрої можуть бути неефективними, наприклад у приміщеннях, де перебувають люди з порушеннями слуху, у лікарнях, 15 готелях, студіях мовлення, виробничих зонах чи у місцях з високим рівнем навколишнього шуму, де використовуються засоби захисту слуху. − Швидша евакуація. Окрім своєчасного сповіщення людей про небезпеку, важливо забезпечити швидке реагування. Дослідження показують, що реакція на візуальну тривогу залежить від тривалості імпульсу світла—чим коротший імпульс, тим швидше відгук. Оптимальна тривалість світлодіодного імпульсу для забезпечення максимально швидкої реакції не повинна перевищувати 20 мс. − Мінімальне порушення роботи будівель. Постійне тестування пожежної сигналізації є обов’язковим, але може спричиняти незручності у таких місцях, як лікарні, готелі чи аеропорти. Сучасні VAD оснащені функцією автоматичного самотестування, що дозволяє перевіряти їх працездатність без перешкод для людей. Цей тест триває менше секунди і відстежує реальні фізичні характеристики, а не просто електричні параметри. − Основні вимоги до VAD. Візуальні сповіщувачі мають відповідати чітким параметрам стандарту EN54-23, що гарантує їхню ефективність у різних умовах. Кожен пристрій візуальної сигналізації (VAD) повинен відповідати чотирьом ключовим вимогам стандарту EN54-23: − Рівень освітленості. Мінімальний рівень освітленості має становити 0,4 лк на всій зоні покриття, щоб забезпечити належну видимість сигналу. − Частота спалаху. Оптимальний діапазон частоти становить від 0,5 Гц до 2 Гц, що дозволяє досягти найкращої ефективності оповіщення. − Колір спалаху. Вибір кольору залежить від організованого процесу евакуації. Червоне або біле світло застосовується для одноступінчастої евакуації, а бурштинове — для першого етапу в багатоступінчастій евакуації. Біле світло містить усі довжини хвиль, тоді як червоний 16 фільтр поглинає зелене та синє світло, пропускаючи тільки червоне. Це означає, що червоному світлу потрібно більше енергії для досягнення аналогічного рівня освітленості, ніж білому. − Категорія встановлення. Зона покриття VAD залежить від його розташування: пристрої класифікуються на настінні, стельові та відкритого типу. Також розрізняють моделі для внутрішнього і зовнішнього використання. Завдяки сучасним технологіям обсяг покриття VAD зріс, що дозволяє зменшити кількість пристроїв для забезпечення необхідного рівня оповіщення. Діаметр охоплення варіюється від 7,5 м до 15 м залежно від категорії пристрою. Приклад пристрою візуальної сигналізації з білим світлом: − Оцінка пожежного ризику для оптимального використання VAD. Пристрої візуальної сигналізації забезпечують ефективне оповіщення та сприяють швидкій евакуації під час надзвичайних ситуацій. Вибір типу і характеристик пристрою залежить від умов навколишнього середовища, рівня освітленості та інших факторів. Перед встановленням системи важливо провести оцінку пожежного ризику території, що дозволить підвищити ефективність її роботи та значно покращити рівень безпеки. − Залежність конструкції VAD від категорії монтажу. Розробка візуального оповіщувача значною мірою визначається місцем його встановлення. Від місця розміщення пристрою залежить розрахунок параметрів лінзи, що формує світловий сигнал. − Монтаж на стелі (категорія C). Пристрої категорії C описуються специфікацією Cxy, де «x» позначає максимальну висоту монтажу в метрах, а «y» — діаметр циліндричного об'єму покриття. Відповідно до специфікації, пристрої цієї категорії класифікуються за висотою установки: 3, 6 або 9 метрів. Наприклад, модель C-3-7.5 означає стельовий оповіщувач із циліндричним об’ємом покриття діаметром 7,5 м і максимальною висотою монтажу 3 м. 17 Рисунок 1.4 – Встановлення оповіщувача категорії С Пристрої цієї категорії позначаються специфікацією Wxy, де «x» вказує на максимальну висоту монтажу сигнального пристрою, виражену в метрах, а «y» – на площу квадратного об’єму покриття. Мінімальна висота встановлення пристрою становить 2,4 м. Наприклад, модель W-2,4-8 означає настінний сигналізатор з кубоподібним об’ємом покриття розміром 2,4 м × 8 м × 8 м, якщо він встановлений на висоті 2,4 м. Рисунок 1.5 – Встановлення оповіщувача категорії W 18 Пристрої категорії O мають гнучке монтажне рішення, оскільки їхня форма покриття та місце встановлення не обмежені. Це дозволяє адаптувати пристрій до будь-якого середовища без необхідності розмежування між настінним або стельовим монтажем, що спрощує інвентаризацію та забезпечує максимальне покриття сигналізації. На відміну від пристроїв категорій C і W, які мають чітко визначені місця встановлення, сигналізатори категорії O можуть бути розміщені на стелі, стінах або в інших точках, забезпечуючи гнучкість у проєктуванні систем оповіщення. Крім того, пристрої категорії O пропонують економічне рішення, оскільки для всіх варіантів встановлення достатньо одного типу сигналізатора, що усуває потребу в різних моделях і зменшує необхідний запас обладнання. Рисунок 1.6 –Розрахунок площі покривання оповіщувача Відсутність обмежень щодо висоти монтажу дає додаткову перевагу. Наприклад, пристрої категорії C-3-y можуть бути непридатними для монтажу на висоті 3,2 м, що змушує використовувати модель C-6-y, яка може бути надмірною для певних застосувань. 19 Стандартна форма циліндричного покриття не завжди сумісна з конфігурацією приміщень. Первинний об’єм покриття пристрою часто зменшується до циліндричної форми, що ускладнює планування. Для оптимального розподілу сигналів необхідно змінити покриття на максимально можливу квадратну площу, що вимагає більшої кількості пристроїв для належного оповіщення. У категорії W, навпаки, встановлюється вимога до квадратичної базової площі, що може обмежувати охоплення у певних місцях, змушуючи використовувати більшу кількість пристроїв. Пристрої категорії O позбавлені цих обмежень, дозволяючи формувати покриття у вигляді кубоїда, що забезпечує максимальну ефективність використання простору без необхідності додаткових пристроїв. 1.4 Пристрій звукової сигналізації Сигналізатори пожежної небезпеки є ключовим елементом систем пожежної сигналізації, забезпечуючи своєчасне попередження мешканців будівлі про загрозу. Слово «тривога» походить від французького À l'arme, що в історичні часи означало заклик до озброєння перед загрозою. Спочатку цей вираз використовувався для мобілізації людей перед можливими небезпеками. У сучасному розумінні «тривога» асоціюється з попереджувальними сигналами, які вказують на неминучу загрозу та закликають до відповідного реагування. Також термін «тривога» може означати психологічний стан, коли людина усвідомлює небезпеку або відчуває паніку внаслідок загрозливої ситуації. На інстинктивному рівні звук тривоги може викликати у людей реакцію боротьби або втечі. Зазвичай при пожежній сигналізації ми схильні діяти швидко та залишати приміщення, адже з дитинства нас навчають правильно реагувати на такі ситуації. Протипожежні навчання та евакуаційні тренування, які проводяться кілька разів на рік у школах та на робочих місцях, формують у нас автоматичну звичку негайно покидати будівлю та допомагати іншим дістатися безпечного місця. 20 Рисунок 1.7 – Сигналізатори пожежної небезпеки Сучасні системи пожежної сигналізації забезпечують рівномірний розподіл звукових оповіщень, гарантуючи мінімальний рівень звуку не менше 65 дБ. У приміщеннях із постійним фоновим шумом рівень сигналу повинен перевищувати його щонайменше на 5 дБ. У місцях, де люди можуть спати, наприклад у готельних номерах, необхідний рівень звуку складає не менше 75 дБ, а сигналізатор слід встановлювати якомога ближче до узголів’я ліжка для ефективного оповіщення. На ринку представлено широкий асортимент пожежних сигналізаторів, кожен із яких має специфічні характеристики та підходить для різних систем пожежної безпеки – адресних або традиційних. Вибір правильного пристрою залежить від оцінки пожежного ризику, яка дозволяє визначити оптимальну кількість сигналізаторів і їхнє розташування. Якщо цей аналіз проведений належним чином, він допоможе прийняти обґрунтовані рішення для підвищення рівня безпеки. У цьому розділі розглянуто різні типи детекторів та пристрої для пожежного оповіщення, проведено аналіз їхніх переваг і недоліків. Виконано детальний огляд принципів і методів виявлення частинок, що дозволило 21 визначити оптимальні технології для створення автоматизованого пристрою детектування пилу і диму. На основі зібраних даних обрано методи, що забезпечують ефективне функціонування системи, а саме оптичний метод селекції частинок, заснований на залежності довжини хвилі від геометричних характеристик частинок. Проведено комплексне дослідження тестових пожеж та визначено матеріали, що повинні спричиняти спрацьовування датчиків. Окрім цього, детально вивчено фізичні процеси оптичного розсіювання частинок, що дозволяє точніше налаштувати систему виявлення. 22 РОЗДІЛ 2 ПРОЕКТУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ ВИЯВЛЕННЯ ДИМУ 2.1 Оптичне проєктування димової камери Для проектування пристрію, необхідно створити оптичну систему камери для детектування частинок різного розміру. Після аналізу наявної інформації було вирішено використовувати два світлодіоди – синій та інфрачервоний – разом із двома однаковими приймачами для забезпечення ефективного вимірювання. Для аналізу частинок синій та інфрачервоний діоди будуть розташовані таким чином, щоб кут між потоком випромінюваного світла і горизонтом становив 30 градусів, а також 180 градусів від джерела випромінювання. Другий приймач буде встановлений під кутом 30 градусів до горизонту для точнішого збору даних. a) b) Рисунок 2.1– a)-3D модель світловода; b)-енергетичне п’ятно При проектуванні системи ми зіткнулися з трьома ключовими проблемами, що впливають на точність вимірювань. Перша – фонове засвічування приймача у відсутності диму в камері. Друга – зовнішнє світло, яке може впливати на приймачі. Третя – необхідність точної спрямованості діодів у єдину точку. 23 Перші дві проблеми вирішуються конструктивно, тому основну увагу зосереджено на третій. Для її усунення буде розроблено світловод, який використовує принцип повного внутрішнього відбиття світла. Це явище виникає, коли світло переходить із середовища з вищим показником заломлення у середовище з нижчим показником заломлення, створюючи ефект повного відбиття на межі цих середовищ. a) b) c) d) Рисунок 2.2 – a)-інфрачервоний світлодіод; b) синій світлодіод; c) – відносна спектральна чутливість інфрачервоного випромінювача; d) – відносна спектральна чутливість синього випромінювача 24 Для реалізації нашої оптичної системи необхідні два джерела випромінювання з різними довжинами хвиль, що дозволить ефективно детектувати частинки різного розміру. При виборі компонентів основний акцент зроблено на параметрах, які впливають на точність і стабільність роботи: довжина хвилі випромінювання, робочий струм, робоча напруга, тілесний пів- кут випромінювання та габаритні розміри. Обрано два світлодіоди: − Інфрачервоний діод SFH 4059 з довжиною хвилі 860 nm, робочим струмом 30 mA, тілесним пів-кутом 10° та робочою напругою 2,4 V. − Синій світлодіод LB E63C-T2AA-35-24 з довжиною хвилі 475 nm, робочим струмом 70 mA, тілесним пів-кутом 20° та робочою напругою 2,9 V. Всі розбіжності між параметрами світлодіодів будуть компенсовані при калібруванні системи – як програмно, так і конструктивно, забезпечуючи узгодженість вимірювань і точність детекції частинок. У якості приймача для нашої оптичної системи було обрано фотодіод, який забезпечує високу чутливість до світлового випромінювання у широкому спектрі довжин хвиль. Зупинили вибір на моделі SFH 213, що має такі ключові характеристики: − Чутливий діапазон: 400–1100 nm, що дозволяє ефективно реєструвати як синє світло (475 nm), так і інфрачервоне (860 nm), які використовуються у системі. − Падіння напруги: 1.3 V, що важливо для стабільної роботи приймача та належної взаємодії з іншими компонентами системи. − Пів-кут приймання: 10°, що гарантує спрямовану фіксацію світлового потоку з мінімальним впливом сторонніх джерел світла. − Темний струм: 1 nA – низький рівень внутрішнього шуму, що підвищує точність вимірювань і зменшує хибні спрацювання. Причини вибору SFH 213 Цей фотодіод має оптимальні характеристики для детектування частинок у повітрі, оскільки його широкий спектр сприйняття дозволяє ефективно 25 працювати з обраними світлодіодами (синім та інфрачервоним). Низький рівень темного струму зменшує похибки вимірювань, а малий кут приймання сприяє точному фокусуванню світлового сигналу. Взаємодія з оптичною системою Фотодіод буде позиціонований відповідно до кутів випромінювання джерел світла, що забезпечить точне відслідковування змін у пропусканні світла через частинки пилу та диму. Всі можливі несумісності між параметрами світлодіодів і фотодіода будуть компенсовані програмними алгоритмами та конструктивними рішеннями під час калібрування системи. (рис. 2.3). a) b) Рис. 2.3 – a) зображення діода; b) відносна спектральна чутливість Після визначення випромінювачів і приймачів необхідно змоделювати спеціальний світловод, який дозволить спрямувати промені в умовно одну точку. Для проведення оптичного моделювання використовується програмне забезпечення OpticStudio. Підготовка до моделювання розпочинається у SOLIDWORKS, де попередньо створюється приблизна модель світловода. Це необхідно для того, щоб мати структуроване дерево побудови, яке дозволяє легко коригувати кути та параметри конструкції. 26 Рисунок 2.4 – Модель світловода Після завершення моделювання у конструкторській програмі розпочинається розробка оптичного проєкту. Для цього створюється новий проєкт в оптичному середовищі, а потім переходять у режим NSM, який забезпечує безпосередню роботу з об’єктами та пропонує ширші можливості для налаштувань. На наступному етапі в дереві об’єктів створюються два випромінювачі, для яких задаються параметри обраних діодів. Далі завантажується світловод, і всі компоненти оптичної системи розміщуються у необхідних координатах відповідно до початкового плану. Наступний ключовий крок—позиціонування детекторів, які слугуватимуть орієнтирами для точного налаштування граней світловода. В дереві об’єктів створюється прямокутний детектор, який розташовується у центрі фокуса системи. Для коректної роботи потрібно налаштувати наступні параметри: − Розміри детектора − Кількість пікселів по двох осях − Координати позиціонування − Площа поглинання випромінювання (доступні два варіанти) − Колір, який використовуватиметься для візуалізації результатів. 27 Після цього проводиться перше тестове моделювання, щоб перевірити систему на можливі помилки. Якщо все працює коректно, розпочинається процес ітераційного налаштування, що включає коригування граней світловода та оптимізацію параметрів. Завершальна перевірка показує, що отримана світлова пляма відповідає очікуваним параметрам, що підтверджує правильність розробки світловода. 2.2 Оптичне проєктування пристроїв візуальної сигналізації Однією з додаткових функцій, яку ми інтегруємо в наш пристрій, є система візуального оповіщення. Її ефективність залежить від правильно змодельованої оптичної системи, тому необхідно розробити спеціальну лінзу, яка забезпечить рівномірне розщеплення світла. Важливо, щоб освітленість на стінках циліндра та його дні була не менше 0.4 люкса. Оптичне проєктування буде виконуватися в OpticStudio—програмному забезпеченні, яке добре зарекомендувало себе для створення професійних і високоточних оптичних систем. Для досягнення необхідних параметрів освітленості було прийнято рішення розділити кругову лінзу на чотири симетричні сегменти. Вони будуть закріплені з боків пристрою та спрямовані таким чином, щоб формувати рівномірне світлове покриття у визначеній області. Етапи розробки − Створення базової моделі. Спочатку відкриваємо SOLIDWORKS і створюємо попередню 3D-модель світловода. Це дозволить зберегти дерево побудови для подальших коригувань, зокрема регулювання кутів нахилу. − Налаштування джерела світла. Перемикаємо систему вимірювань із валів на люкси для коректного розрахунку освітленості. В якості джерела світла обрано LED_2835, який має високий ККД та дозволяє оптимізувати споживання енергії відповідно до стандартних вимог роботи оповіщувача. 28 − Імпорт моделі в OpticStudio. Заготовлена конструкція експортується з SOLIDWORKS у OpticStudio, де буде проведено моделювання оптичних характеристик. Використання попередньо створеної 3D- моделі дає перевагу – під час проєктування збережені параметри геометрії, а всі зміни можна швидко адаптувати без втрати структури моделі. − Остаточне коригування. Коригування кутів нахилу граней проводиться безпосередньо в конструкції пристрою, після чого кожна ітерація перевіряється в оптичній програмі. Таким чином досягається точна настройка розподілу світла, що гарантує правильну роботу системи візуального оповіщення. Також необхідно налаштувати детектори, які дозволять оцінити правильність роботи системи. Для цього в дереві об’єктів створюємо два детектори, розміщуючи їх відповідно до стандарту, який прагнемо виконати. У нашому випадку це С7.5-3, тобто боковий детектор встановлюється на відстані 3.75 м від лінзи, а нижній – на 3 м. Рисунок 2.5 – Лінза після моделювання Щоб спростити аналіз променів, задаємо кількість випромінюваної енергії одним діодом рівною 100. Це дозволяє проводити порівняння енергії у відсотках 29 і точніше оцінювати результати. Після налаштувань запускаємо розрахунок системи, перевіряючи відсутність помилок та активуючи режим розщеплення променів для більш детального аналізу. На завершальному етапі розрахунків аналізуємо отримані енергетичні плями, перевіряючи їхню однорідність у різних точках. Якщо результати не відповідають очікуваним параметрам, коригуємо кут нахилу відбиваючої поверхні та повторюємо тестування, поки не буде досягнуто оптимальної конфігурації. Розроблено оптичну систему, яка буде частиною камери диму та виконуватиме безпосереднє вимірювання частинок. Всі етапи моделювання проводилися в OpticStudio, що забезпечило точність оптичних розрахунків. Також спроєктована спеціальна лінза для візуального оповіщення, яка повинна відповідати стандартним вимогам. Важливо забезпечити необхідний рівень освітленості на внутрішній поверхні циліндра, щоб гарантувати ефективну роботу системи. 2.3 Функціональна схема автоматизованого приладу Наступним етапом у розробці пристрою є створення апаратної частини. Після аналізу детекторів конкурентів була розроблена електрична функціональна схема (рис. 3.1), яка містить такі основні компоненти: 1 Елементи живлення – дві батарейки CR123-a 2 Стабілізатор напруги 3 Живлення 5V 4 Стабілізатор струму 5 Додатковий стабілізатор струму 6 Червоний світлодіод 7 Синій світлодіод 8 Фотоприймач 1 9 Фотоприймач 2 10 Підсилювач 1 11 Підсилювач 2 30 12 Процесор 13 Ключ 14 Пристрій візуальної сигналізації (Visual alarm device) 15 Індикація 16 Звуковий сигналізатор (Sounder alarm device) 17 Датчик CO Основні переваги схеми − Незалежне управління кожним блоком – забезпечує гнучкість у налаштуванні режимів роботи, калібруванні та адаптації пристрою. − Можливість живлення від різних джерел – пристрій підтримує одночасне використання кількох джерел енергії, що підвищує надійність роботи. − Аналіз наявності небезпеки – завдяки стабілізатору напруги, який підтримує діапазон від 4 до 12 В, пристрій залишається стабільним навіть при змінних умовах живлення. Рисунок 2.6 – Функціональна схема автоматизованого приладу для детектування диму 31 Вибір компонентів для нашого проєкту розпочинається з визначення мікроконтролера, який є основою всієї системи. Основними критеріями, що впливають на вибір, стали: − Ціна – баланс між доступністю та функціональністю. − Потужність – здатність обробляти необхідні завдання швидко та ефективно. − Габарити – компактність, що дозволяє зручно інтегрувати мікроконтролер у конструкцію пристрою. − Периферія – набір вбудованих інтерфейсів, що спрощує взаємодію з іншими компонентами системи. − Енергоспоживання – ефективність живлення для стабільної роботи пристрою. Рисунок 2.7 – Мікроконтролер STM32F103RC в корпусі LQFP64 Після аналізу доступних варіантів оптимальним вибором став мікроконтролер STM32F103RC. Його ключові переваги: − Компактні габарити, що дозволяють зручно інтегрувати його у систему. 32 − Доступна ціна, яка відповідає критеріям економічної ефективності проєкту. − 12-бітний цифро-аналоговий перетворювач, що забезпечує високу точність обробки аналогових сигналів. 2.4 Проектування автоматизованого пристрою для детектування диму Усі конструктивні рішення будуть опрацьовані в програмі SolidWorks, тоді як розробку оптичної системи проводитимемо в OpticalStudio. Конструкція пристрою відіграє ключову роль у забезпеченні надійності та довговічності його роботи. Для виготовлення корпусних деталей обрано такі матеріали: − LG LUPOY GN5001RFG – для білих компонентів − ABS AF312A – для чорних деталей Ці матеріали відповідають стандарту UL94-V0, який регламентує здатність матеріалу до самозагасання після займання. Стандарт передбачає кілька класифікацій, що визначають швидкість горіння, час затухання, стійкість до утворення крапель, а також їхню горючість чи негорючість. Категорія V0 означає, що горіння вертикального зразка припиняється протягом 10 секунд після займання, і утворення крапель не допускається. Рисунок 2.8 – Вигляд зовні детектора диму 33 Всі пластикові компоненти конструкції пристрою будуть виготовлятися методом лиття під тиском, що забезпечить високу точність, міцність і відповідність технологічним вимогам. Розробку конструкції пристрою розпочинаємо з його ключового елемента – камери диму, яка виконує дві основні функції: − Захист від зовнішньої засвітки, що запобігає впливу стороннього світла на точність вимірювань. − Направлення потоку диму безпосередньо в датчик для коректного аналізу частинок. Для запобігання проникненню зовнішнього світла в камеру, але водночас збереження можливості проходження диму, була розроблена спеціальна світлова завіса. Її ефективність буде перевірена шляхом оптичного моделювання в програмі OpticalStudio. Етапи моделювання 1 Створення вихідної геометрії. Спочатку генеруємо циліндричну поверхню з радіусом, трохи більшим за радіус камери. Її призначають джерелом випромінювання Ламбертового розсіюваного світла. 2 Додавання детекторів. Усередині циліндра розміщуємо шість однакових детекторів, які використовуються для аналізу проникнення світла в камеру. Важливо налаштувати детектори так, щоб чутливою була лише одна їхня поверхня, що забезпечить коректність результатів моделювання. 3 Оптимізація параметрів випромінювання. Важливим параметром є косинус-фактор, що визначає максимальний кут виходу променів від нормалі у точці випромінювання. Чим більший косинус-фактор, тим менший кут розповсюдження променів. 4 Завантаження моделі камери. Наступним кроком є імпорт моделі камери диму, розміщуючи її так, щоб її вісь збігалася з віссю циліндра. 5 Налаштування поверхонь. Для коректної роботи досліджувані деталі повинні: 34 − Не відбивати світло − Мати чорне забарвлення − Бути непрозорими − Для цього в поглиблених налаштуваннях об’єкта задаються параметри відбиття, поглинання та Ламбертового розсіяння, що забезпечує правильну поведінку світла у моделі. 6 Настроювання параметрів розсіяння. Визначаємо відсоток розсіяння (0.7), що означає, що 70% енергії рівномірно розподіляються з одного променя на десять нових, що утворюються у точці його падіння. Ламбертове розсіяння має дифузійний характер, тому є найбільш підходящим для дослідження цього ефекту. Після виконання всіх налаштувань запускаємо моделювання та аналізуємо отримані результати. Якщо необхідно – коригуємо параметри, щоб досягти максимальної точності та ефективності світлової завіси. Рисунок 2.9 – Розприділення променів при моделюванні У налаштуваннях джерела встановлено рівень енергії окремих променів – 100, що дозволяє оцінювати енергетичні показники у відсотках. Після завершення моделювання просумовано всі детектори, і отримано такі результати: енергія, що проникла крізь бар’єр, становить 10⁻⁴, тобто лише 0.0001 від загальної енергії досягає екранів. Це відмінний показник, тому змін у 35 конфігурації не потрібно. Всі компоненти камери будуть виготовлятися з чорного пластику зі спеціальною поверхнею, що ефективно гасить світлову інтенсивність і запобігає небажаному засвічуванню. Знаючи габарити камери, можна розпочати розробку конструкції пристрою: − Форма детектора. Обрана циліндрична форма через її простоту, ефективну циркуляцію повітря та технологічність (рис. 2.9). − Аналіз конкурентних рішень. Перед створенням конструкції вивчено рішення конкурентів для уникнення їхніх недоліків і впровадження покращень. Виявлені проблеми: − Відсутність захисту від комах − Складність монтажу детектора − Ускладнення очищення камери диму від пилу − Інертність спрацювання − Надмірні габарити Ці недоліки враховані, і відповідні покращення інтегровані у конструкцію. − Оптимізація повітряного потоку. Для ефективного захоплення повітря передбачені направляючі, а у боковій стінці датчика є сітчасті отвори для проходження повітря. − Спрощений монтаж. Розроблено спеціальне кріплення, яке спочатку фіксується на стелі, а пристрій закріплюється шляхом обертання навколо головної осі, що спрощує встановлення. − Легке розбирання. Враховуючи необхідність регулярного очищення детектора, прийнято рішення відмовитися від гвинтів на користь пластикових защібок. Переваги пластикових защібок: − Простота складання та розбирання − Надійність та міцність конструкції 36 − Відсутність проблем зі зношуванням гвинтових стійок Встановлення лінз для візуального оповіщувача. З боків датчика передбачено чотири монтажні отвори, у які зовні вставляються лінзи, що фіксуються защібками. Для їхнього видалення необхідно відвести дві защібки, кожна з яких розрахована на окрему лінзу. Рисунок 2.10 – Внутрішня компоновка корпуса Всі наші пристрої будуть виготовлятися методом лиття під тиском у формоутворюючу, що відкриває широкі можливості для конструкційних рішень. Основні переваги цього методу: − Економічність – пластикові деталі є доступними при масовому виробництві. − Стійкість до навколишнього середовища – забезпечує довговічність конструкції. − Міцність при пружних деформаціях – важливий фактор для надійної експлуатації. − Гнучкість у дизайні – дозволяє створювати складні форми. − Принцип лиття під тиском 37 Ця технологія передбачає, що гранульований пластик плавиться і подається по шнеку під високим тиском, після чого вливається у формоутворюючий блок: − Розплавлений матеріал заповнює форму та застигає через систему охолоджувальних каналів. − Після цього слайдери та ліфтери автоматично переміщуються, забезпечуючи коректне відкриття форми. Щоб зробити модель технологічною та зручною у виробництві, конструкція містить від’ємні поверхні, які формуються за допомогою ліфтерів і слайдерів. − Слайдер – рухомий елемент формоутворюючого блоку, що автоматично зміщується при розмиканні форми завдяки спеціальному кутовому механізму. − Ліфтер – рухомий елемент, що переміщується пневмо-циліндром для звільнення складних геометричних деталей. Для уникнення залишкових слідів після переміщення ліфтера і слайдера, ці механізми застосовуються на внутрішніх поверхнях деталей. Головна різниця між слайдером і ліфтером: − Слайдер рухається автоматично при розмиканні форми. − Ліфтер потребує попереднього відведення, перш ніж можна буде відкрити форму. Для нашого девайсу обрано спеціальні поверхні, що: − Запобігають відбликам у камері. − Покращують зовнішній вигляд конструкції. У ході розробки створено конструкцію детектора, яка відповідає всім технологічним вимогам, включаючи надійність, точність та довговічність. Для забезпечення високого рівня пожежної безпеки було підібрано спеціальні пластмаси, які не піддаються горінню та відповідають стандарту UL94-V0. Це гарантує стійкість матеріалів до високих температур та тривалий термін експлуатації пристрою. 38 Спроєктовано оптимізовану камеру, яка ефективно блокує зовнішнє світлове випромінювання, запобігаючи фоновому засвіченню датчиків. Одночасно її конструкція сприяє рівномірному заходженню повітря, що забезпечує точне детектування частинок пилу та диму. Додатково було враховано: аналіз конструктивних рішень конкурентів, щоб усунути слабкі місця та впровадити удосконалення. Захист від зовнішніх факторів, включаючи запобігання проникненню комах та пилу. Зручний монтаж та обслуговування – пристрій легко встановлюється завдяки спеціальному кріпленню, а модульна конструкція без гвинтів спрощує розбирання для очищення. Інтеграція системи візуального оповіщення – передбачено спеціальні місця для встановлення лінз, які легко змінюються завдяки защібкам. Враховуючи всі ці аспекти, розроблена система має високу ефективність, технологічну адаптивність та зручність у використанні. 39 РОЗДІЛ 3 ОПТИМІЗАЦІЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ КОМПОНЕНТІВ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ 3.1 Оптимізація процесу детектування диму У межах даного дослідження проведено аналіз та впровадження функціональної системи автоматизації, що спрямована на підвищення ефективності процесу детектування диму та оптимізацію пожежної безпеки. Основна мета полягає у мінімізації кількості помилкових сповіщень та покращенні продуктивності роботи системи. Для оцінки взаємодії між компонентами системи було розроблено структурну схему, що забезпечує централізоване управління процесами виявлення диму та пожежогасіння у промислових приміщеннях. Структурна схема містить ключові елементи, такі як: − Управлінські панелі – забезпечують контроль параметрів системи. − Керуючі центри – здійснюють координацію автоматизованих процесів. − Оперативні станції – взаємодіють із технічним обладнанням у режимі реального часу. Ця архітектура визначає принцип централізованого управління з адміністративно-технічної перспективи, що дозволяє покращити узгодженість між компонентами системи та забезпечити її стабільність. Завдяки детальному аналізу проведено оптимізацію стратегій управління, що дозволяє підвищити точність детектування диму, зменшити ризик хибних тривог та забезпечити ефективну інтеграцію систем пожежної безпеки у промислові об’єкти. Оптимізація системи виявлення диму має на меті підвищення ефективності та надійності його детектування на ранніх стадіях пожежі. Головна задача— забезпечити швидке та точне попередження про пожежну небезпеку, що дасть змогу оперативно активувати необхідні заходи безпеки. Для досягнення цієї мети важливо застосовувати високочутливі детектори диму, вогню та газів, які здатні надійно реагувати на наявність та інтенсивність пожежі у виробничому приміщенні, забезпечуючи максимальний рівень захисту. 40 Рисунок 3.1 – Система детектування диму Оптимізація системи детектування диму має на меті підвищення ефективності та надійності виявлення диму на ранніх стадіях пожежі. Основною задачею є забезпечення швидкого та точного сповіщення про потенційну загрозу займання, що дозволить своєчасно активувати заходи пожежної безпеки. Для досягнення цієї мети використовуються високочутливі системи детекторів диму, вогню та газів, які оперативно реагують на появу небезпечних частинок і визначають ступінь пожежної загрози у виробничому приміщенні. Додатково інтегрований модуль охолодження, що підтримує оптимальний температурний режим навколо датчика диму. Високі температури можуть впливати на точність роботи датчика або навіть призводити до його пошкодження. Фактори, такі як спалахи полум’я чи тепловий вплив від сусідніх технічних пристроїв, можуть спричинити перегрів. Завдяки охолодженню забезпечується стабільний тепловий режим, що критично важливо для коректної роботи електронних компонентів, зокрема сенсорів. Стабільні умови сприяють 41 точному виявленню диму та надійній роботі детекторів, що підвищує рівень пожежної безпеки. Пожежний сповіщувач є ключовим компонентом системи виявлення пожежі, який включає принаймні один чутливий елемент, що виконує безперервний або періодичний моніторинг фізичних та/або хімічних явищ, пов’язаних із займанням. Датчик реєструє зміну параметрів середовища з визначеними короткими інтервалами часу, аналізуючи такі показники, як температура, концентрація газів, рівень диму чи наявність відкритого полум’я. Отримані дані перетворюються на сигнал, що передається на приймально-контрольний пристрій для подальшої обробки та активації відповідних заходів пожежної безпеки. 3.2 Оптимізація процесу пожежогасіння Система пожежогасіння є однією з найважливіших складових пожежної безпеки, оскільки звичайне сповіщення про пожежу лише інформує персонал про загрозу, але не гарантує захист виробничого обладнання від пошкоджень. Рисунок 3.2 – Система пожежогасіння 42 Оптимізація процесу пожежогасіння має ключове значення для запобігання втратам матеріалів та техніки, забезпечуючи повноцінний захист промислових об’єктів. Вдосконалення системи може включати впровадження автоматизованих технологій, регулювання часу реакції, оптимізацію розподілу вогнегасних засобів, що сприяє швидкому та ефективному нейтралізації пожежі. У сфері автоматизації та контролю особлива увага приділяється використанню сучасних технологій для швидкого та точного реагування на пожежні загрози. Це передбачає впровадження автономних систем, що забезпечують миттєву реакцію без участі людини. Однією з ключових особливостей таких систем є автоматичне активування механізмів пожежогасіння при виявленні загрози. Це може включати активацію спринклерних установок, газових систем гасіння, а також автоматизоване управління запасами гасильних речовин, що гарантує своєчасне поповнення та готовність усіх компонентів системи. Додатково передбачено оптимізацію процесу пожежогасіння для мінімізації витрат гасильного агента та зниження ризику пошкоджень унаслідок самого процесу гасіння. Однією з найефективніших речовин для боротьби з вогнем є фторкетон ФК-5-1-12 (Novec 1230), також відомий як "суха вода" (CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂). Це прозора безбарвна рідина зі слабким запахом, що у 1.6 раза важча за воду. Лабораторні дослідження довели високу ефективність фторкетонів, зокрема Novec 1230, у пожежогасінні. Їхнім важливим перевагою є діелектричні властивості—при контакті з електронними пристроями вони не спричиняють виходу обладнання з ладу, що дозволяє безпечно використовувати цей агент у високотехнологічних приміщеннях. Фторкетон ФК-5-1-12 (Novec 1230) кипить при температурі 49,2 °C, що забезпечує його миттєве випаровування без залишкових слідів на поверхнях. Завдяки діелектричним властивостям, ця речовина може безпечно використовуватися для пожежного захисту обладнання, що працює під напругою, включаючи серверні приміщення та трансформаторні станції. 43 Крім того, Novec 1230 забезпечує захист предметів, які є чутливими до традиційних методів пожежогасіння, таких як вода, піна чи порошки. Наприклад, паперові документи, книги, картини залишаються неушкодженими після застосування цього гасильного агента. Найважливішим аспектом пожежогасіння є захист людей, тому слід враховувати основні фактори, що впливають на безпечне використання фторкетону: − Максимально допустима концентрація (NOAEL) для ФК-5-1-12 становить 10%, що є безпечним для перебування у приміщенні. − Після гасіння пожежі у приміщенні зберігається достатня концентрація кисню, необхідна для нормального дихання. − Novec 1230 нетоксичний і має низьку розчинність у воді, що мінімізує ризики при його застосуванні. Однак речовину не слід зберігати у відкритому вигляді, оскільки її пари легко розкладаються під дією сонячного світла, ультрафіолету або високих температур, утворюючи небезпечні гази, такі як: − Фтороводень (при контакті з водяною парою) − Трифтороцтова кислота − Чадний газ − Вуглекислий газ. З огляду на ці фактори, під час пожежогасіння настійно рекомендується використання ізолюючих дихальних апаратів для забезпечення захисту персоналу. Novec 1230 відповідає сучасним екологічним стандартам: − Нульовий потенціал руйнування озонового шару (ODP) − Низький потенціал глобального потепління (GWP) − Швидкий розпад у атмосфері—всього 5 днів після потрапляння. Через свою екологічну безпеку цей агент не підлягає законодавчим обмеженням і може застосовуватися у пожежних системах з тривалим терміном експлуатації. 44 3.3 Вибір виконавчих механізмів Датчик розроблений для виявлення чадного газу (CO) всередині приміщень, забезпечуючи надійну та своєчасну сигналізацію про можливий витік. Пристрій складається з двох основних компонентів: − Радіомодуля, що містить геркон − Магніту, який встановлюється навпроти радіомодуля на дверях або вікні Принцип роботи заснований на розмиканні контактів геркона: коли двері або вікно відчиняються, магніт зміщується, викликаючи активацію радіомодуля, який передає сигнал “Тривога”. Рисунок 3.3 – Бездротовий автономний датчик чадного газу ATIS-801DW Цей датчик відіграє важливу роль у забезпеченні безпеки житлових та виробничих приміщень, оперативно реагуючи на витік чадного газу. Додаткові функції: − Світлодіодна індикація – відображає стан пристрою та наявність газу. − LCD-дисплей – показує концентрацію чадного газу в частках на мільйон (ppm). − Звукове сповіщення – гучний сигнал 85 дБ, що забезпечує швидке реагування. − Простий монтаж – пристрій легко встановлюється на дверях або вікнах, підходячи для різних типів приміщень. 45 Датчик працює від трьох батарейок типу 1.5 В АА, які не входять до комплекту. Батареї забезпечують тривалий термін служби, а пристрій сповіщає про низький заряд за допомогою спеціального сигналу. Технічні характеристики: − Індикація: світлодіоди для відображення стану роботи та виявлення газу; LCD-дисплей показує концентрацію CO в ppm − Тип монтажу: внутрішнє встановлення − Акустична потужність: 85 дБ − Метод оповіщення: світлозвуковий сигнал − Живлення: три батареї AA (1.5 В) − Контроль заряду: індикація низької ємності батарей − Габарити: 100 х 100 х 35 мм − Робочий температурний діапазон: від 0°C до +65°C Рисунок 3.4 – Універсальний тепловий сповіщувач TUN-38EX TUN-38EX призначений для виявлення різкого підвищення температури, що супроводжує початкову фазу пожежі. Пристрій встановлюється з використанням іскрозахисного сепаратора, що забезпечує безпечну експлуатацію у вибухонебезпечних зонах. У разі виникнення загоряння сповіщувач активує сигнал тривоги, передаючи інформацію на пожежний контрольний прилад для оперативного реагування. 46 Технічні характеристики: − Робоча напруга: 17–24 В постійного струму − Струм спокою: менше 100 мкА − Струм у режимі тривоги: 20 мА − Діапазон робочих температур: від -25°C до +65°C − Відносна вологість: до 95% при 40°C − Габарити (з базою): 55 × 63 × 112 мм − Маса: 0,30 кг Цей сповіщувач забезпечує високу точність детектування та надійність у складних умовах, сприяючи оперативному реагуванню на загрозу займання. Рисунок 3.5 – Термоелектричний модуль Пельтьє Термоелектричні модулі Пельтьє широко застосовуються в радіоелектроніці, автомобілебудуванні, медицині, оптоелектроніці та лазерній техніці для ефективного охолодження різних пристроїв. Принцип роботи термоелектричного модуля (ТЕМ) базується на ефекті Пельтьє, який передбачає виникнення різниці температур на з'єднанні двох неоднорідних провідників під час проходження електричного струму. У процесі роботи одна сторона модуля охолоджується, а інша нагрівається, забезпечуючи термостабілізацію обладнання. 47 Технічні характеристики: − Тип модуля: MT2-2,5-127GS − Габарити (Д × Ш × В): 40 × 40 × 4,9 мм − Максимальний струм (Imax): 4,0 A − Максимальна потужність теплопередачі (Qmax): 36,5 Вт − Максимальна робоча напруга (Vmax): 14,7 В − Максимальний температурний перепад (ΔTmax): 72 K Ці модулі забезпечують високу ефективність теплового регулювання та використовуються для точного контролю температури в різних технологічних процесах. Рисунок 3.6 – Димовий пожежний сповіщувач CV-212-12 Сигналізатор диму CV-212-12 із вбудованою 10-річною літієвою батареєю є важливим компонентом пожежної безпеки, розробленим для раннього виявлення займання всередині приміщень. При виявленні диму пристрій активує миготливий світлодіодний сигнал та звукову сирену змінного тону, оперативно сповіщаючи про потенційну небезпеку. Пристрій працює автономно, отримуючи живлення від незнімної іонно-літієвої батареї з напругою 3 В. Основою його функціональності є контроль оптичної щільності повітря, що дозволяє швидко реагувати на зміни в навколишньому середовищі. 48 Конструкція сигналізатора включає: − Електронний блок управління сигналами − Оптичну систему − Захисну сітку − Базу живлення, що містить літієву батарею, підключену до електронного блоку через пару роз’ємів Пристрій може функціонувати самостійно або взаємодіяти з іншими сигналізаторами в локальній мережі автономної пожежної сигналізації. У цьому випадку всі пристрої з’єднуються двопровідною лінією, формуючи групу. Якщо один із сигналізаторів виявляє загоряння, вся група активує звуковий сигнал, забезпечуючи своєчасне попередження. Технічні характеристики: − Тип сигналізації: автономна − Напруга живлення: 3 В − Діапазон робочих температур: від -10°C до +50°C − Гучність звукового сигналу: 85 дБ на відстані 1 м − Захищувана площа: до 60 м² − Живлення: незнімна літієва батарея − Габарити: Глибина: 11 см × Ширина: 11 см × Висота: 6 см − Вага: 100 г Цей сигналізатор забезпечує надійне та ефективне виявлення пожежі, підвищуючи безпеку приміщень. Електромагнітний (соленоїдний) клапан ODE 31A2AV30 призначений для автоматичного регулювання потоку робочого середовища в трубопроводі. Його принцип дії базується на переміщенні плунжера, який під впливом електромагнітного поля котушки змінює своє положення, відкриваючи або перекриваючи потік. Пристрій сумісний із такими робочими середовищами, як: − Гаряча вода 49 − Повітря з маслами − Бензин, дизельне паливо − Нафтопродукти Рисунок 3.7 – Електромагнітний клапан 31A2AV30 1/4 Модель 31A2AV30 є нормально закритим (НЗ) триходовим клапаном прямої дії: − За відсутності напруги клапан залишається закритим. − При подачі напруги електромагнітне поле активує плунжер, переводячи клапан у відкрите положення. − Оскільки пристрій належить до моделей прямої дії, його робота не залежить від перепаду тиску між входом і виходом, що підвищує надійність та зменшує вимоги до умов експлуатації. Матеріали та робочі параметри: − Корпус виготовлений із латуні, що забезпечує міцність і довговічність. − Ущільнювальні елементи виконані з фтореластомеру (FKM, вітон). − Діапазон робочих температур для ущільнення FKM: від -10°C до +140°C. − Максимальний робочий тиск на вході – до 40 бар. 50 Ця модель поєднує високу ефективність, надійність і довгий термін експлуатації, що робить її оптимальним вибором для регулювання потоків різних середовищ у промислових і технічних системах. Виявлено ключові аспекти для забезпечення ефективності та надійності системи безпеки. Інтеграція високоефективних технологій та вдосконалення стратегій гасіння сприяють створенню комплексних рішень для пожежної безпеки в промислових об'єктах. Оптимізація вибору виконавчих механізмів визначає успішну функціональність та взаємодію всієї системи. 3.4 Scada-система детектування диму і пожежогасіння SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) – це програмний комплекс, призначений для збору, обробки, візуалізації та збереження даних про об’єкт моніторингу або керування в реальному часі. Це програмне забезпечення може бути частиною автоматизованих систем технологічного управління (АСУ ТП), енергетичних керуючих комплексів (АСКОЕ), екологічного моніторингу, наукових досліджень, а також систем автоматизації будівель. SCADA-системи широко застосовуються в галузях, де необхідно забезпечити контроль оператором за технологічними процесами. Зазвичай вони є невід’ємною частиною комплексів автоматизації виробничих процесів та диспетчерських систем, які виконують моніторинг параметрів технологічних операцій і дистанційне керування обладнанням. Основні функції HMI SCADA включають збір даних та дистанційне керування обладнанням, що передбачає отримання інформації від апаратури процесу та виконання дистанційного керування обладнанням, а також підтримку бази даних у режимі реального часу. Важливим аспектом є створення графічного інтерфейсу для оператора, що забезпечує розробку зручного графічного представлення для моніторингу та керування процесом, а також витяг інформації з бази даних і її подання оператору для аналізу. Система також автоматизує робочі процеси прийняття рішень оператором, дозволяючи виконувати операції без прямої взаємодії людини. Крім того, SCADA розраховує показники 51 ефективності виробництва, включаючи обчислення вторинних параметрів, статистику процесу та роботи обладнання. Функції керування включають виконання операцій, таких як блокування та некритичне регулювання, а також генерацію тривог і повідомлень для оперативного реагування. Система забезпечує підготовку документації, генеруючи рапорти, зведення та звіти, а також архівує історію подій, тривог і дій оператора. Важливим аспектом є розмежування доступу, що дозволяє керувати правами користувачів та забезпечувати безпеку системи. Для підвищення надійності SCADA передбачає резервне забезпечення, що включає дублювання критичних компонентів, таких як сервери, мережі та клієнти. Останньою ключовою функцією є горизонтальний обмін даними, що забезпечує інтеграцію із суміжними системами АСУТП та передавання інформації на вищі рівні управління. Рисунок 3.8 – СКАДА-система детектування диму у спокої Система детектування диму (SCADA), що складається з детектора диму, датчика чадного газу та термічного детектора, є комплексним рішенням для своєчасного виявлення потенційних пожежних загроз. Кожен з цих елементів 52 виконує свою специфічну функцію, забезпечуючи ефективний моніторинг та захист приміщення чи об'єкта. У взаємодії вони формують систему, яка оперативно реагує на зміни у середовищі та передає операторам необхідну інформацію для прийняття обґрунтованих рішень у разі виникнення небезпеки. Для підвищення зручності моніторингу та швидкої ідентифікації перевищення допустимих показників у системі детектування диму була інтегрована візуальна індикація у вигляді спеціальних сигнальних ламп. Вони виконують роль оперативного оповіщення, дозволяючи операторам або відповідному персоналу швидко оцінювати стан системи та приймати рішення щодо подальших дій. Кожна лампа позначає певний стан або рівень небезпеки, забезпечуючи чітке розмежування між стандартними, критичними та попереджувальними ситуаціями. Наприклад, зелене світло підтверджує нормальний режим роботи, червоне сигналізує про надзвичайну ситуацію чи виявлення диму, а помаранчеве попереджає про потенційну загрозу, пов’язану з виявленням чадного газу. Рисунок 3.9 – СКАДА-система детектування диму при незначному перевищеню норми 53 Окрім стандартної індикації, система може бути доповнена додатковими кольорами або режимами миготіння для більш точного відображення характеру загрози, а також інтегруватися з аудіосигналами для підвищення ефективності реагування. Такий підхід дозволяє персоналу оперативно оцінювати ситуацію та приймати необхідні заходи для забезпечення безпеки приміщення або об’єкта. Рисунок 3.9 – СКАДА-система детектування диму при критичному перевищеню норми При перевищенні допустимих показників активується насос і відкривається клапан, забезпечуючи автоматичне реагування на потенційно небезпечну ситуацію. Це втручання спрямоване на ефективне управління кризовими умовами та запобігання поширенню пожежі або іншого аварійного стану. Активація насосу базується на встановлених системних параметрах і може включати подачу спеціального гасильного середовища або іншого реагенту для стримування загоряння. Одночасне відкривання клапана сприяє швидкому видаленню газів чи інших небезпечних речовин із зони ризику, що допомагає локалізувати загрозу та мінімізувати її наслідки. 54 Для забезпечення високої ефективності та надійності була розроблена SCADA-система, яка інтегрує функції детектування диму, чадного газу та теплових змін. Окрім основних сенсорів, ця система доповнена візуальними сигналізаторами, насосом і клапаном, що підвищує рівень автоматизації та точність реагування. При перевищенні критичних показників система негайно запускає необхідні процедури для стабілізації ситуації: активує насос, відкриває клапан і передає відповідні тривожні сигнали операторам. Інтеграція візуальних індикаторів забезпечує додатковий рівень інформування, дозволяючи персоналу швидко оцінювати поточний стан та приймати своєчасні заходи для усунення небезпеки. Додатково система може включати механізми запису подій, аналізу ризиків та адаптивного налаштування параметрів для підвищення ефективності пожежогасіння та безпеки об’єкта в цілому. Це комплексне рішення дозволяє не лише реагувати на загрози, а й проводити їх ретельний моніторинг, забезпечуючи максимальну захищеність і контроль над ситуацією. 55 ВИСНОВКИ У межах виконаної роботи проведено всебічне вивчення, аналіз та практичне моделювання автоматизованої системи детектування диму з інтеграцією сучасних сенсорів та оптичних технологій. Отримані результати дозволяють сформулювати такі основні висновки: Аналіз сучасних технологій виявлення диму показав, що найбільш ефективними на сьогодні є комбіновані підходи, які поєднують іонізаційні, оптичні та термоелектричні методи. Такий підхід забезпечує підвищену чутливість до різних типів загорянь (тління, полум’я, поява чадного газу), що критично важливо для мінімізації ризиків у реальних умовах. Оптичне моделювання системи детектування дозволило визначити оптимальні параметри розміщення випромінювачів і приймачів світла, а також сформувати геометрію світловодів, що мінімізує фонові засвічення та підвищує точність реєстрації частинок. Застосування теорії Мі дало можливість адаптувати пристрій до виявлення частинок різного розміру та складу. Упровадження двох довжин хвиль (інфрачервоного та синього діодів) забезпечило високу селективність системи до частинок різної природи, що підвищує ефективність диференціації між димом, парою та пилом. Це суттєво знижує кількість хибних спрацювань. Конструктивне проєктування пристрою в середовищі SolidWorks і моделювання в OpticStudio дозволили не лише створити функціонально досконалий корпус із високою технологічною надійністю, але й оптимізувати параметри розсіювання світла в системі візуального оповіщення відповідно до стандарту EN54-23. Функціональна схема пристрою, побудована на базі мікроконтролера STM32, забезпечує гнучке управління, високу точність вимірювань, стабільність роботи при змінних параметрах живлення, а також можливість інтеграції додаткових модулів, включаючи CO-датчики та систему охолодження сенсорів. Система виявлення чадного газу розширює функціональні можливості пристрою та підвищує його цінність у контексті 56 пожежної безпеки, враховуючи високу токсичність і невидимість оксиду вуглецю. Система автоматичного пожежогасіння з використанням фторкетону Novec 1230 дозволяє не лише оперативно локалізувати пожежу, але й забезпечує захист електроніки та інших чутливих елементів інфраструктури без побічного забруднення. Оптимізація елементів системи автоматизації включає не лише конструктивні, але й алгоритмічні покращення, що сприяє зменшенню енергоспоживання, підвищенню надійності та гнучкості налаштування відповідно до типу приміщення та характеру загроз. Загалом, запропонована автоматизована система детектування диму та чадного газу відзначається високим ступенем інженерної досконалості, надійністю, технологічністю виготовлення та гнучкістю в експлуатації. Її впровадження дозволить суттєво підвищити рівень пожежної безпеки у побутових, комерційних та промислових об’єктах. 57 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Acrylonitrile Butadiene Styrene [Електронний ресурс] – https://omnexus.specialchem.com/acrylonitrilebutadiene-styrene-abs-plastic (дата звернення: 20.03.2025). 2. Building fire safety – Management tool and advisory notes [Електроний ресурс]. – https://www.qfes.qld.gov.au/sites/default/files/AdvisoryNotes.pdf. (дата звернення: 18.03.2025). 3. Burke Robert. Fire protection. Systems and response / Robert Burke, Fire alarm systems and constructions. – 2020, Р. 137-216. 4. Craig Schroll, Raimond. Industrial Fire Protection Handbook / Raimond Craig Schroll // CRC Press, 2-end edition. – 2017 – 252 p. 5. Durga Prasad, T. Lakshminarayana. Automatic Control and Management of lectrostatic Precipitator // IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 35, No. 3, May/June, 2021 Р. 561-567. 6. Fire Detection and Alarm Systems [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://www.ifsta.org/sites/default/files/Chapter14_FICE8.pdf (дата звернення: 20.03.2025). 7. Fire protection guide for electrical installations [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://www.obo.global/fileadmin/DMS/Broschueren.pdf. (дата звернення: 17.03.2025). 8. Fire protection systems [Електронний ресурс]. – https://fire.nv.gov/uploadedfiles/firenvgov/bureaus/FST/4-ifipp-PSsm.pdf. (дата звернення: 14.03.2025). 9. Fire safety in buildings [Eлектронний ресурс]. – Режим доступу: https://www.newapublishers.com/samplechapter/000283.pdf. (дата звернення: 18.03.2025). 10. Introduction to Fire Safety Management safety [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://hsseworld.com/content/uploads/Fire-safetymanagment.pdf. (дата звернення: 16.03.2025). 58 11. JLCPCB [Електронний ресурс] – https://jlcpcb.com/. (дата звернення: 21.03.2025). 12. Kitchen Security Alarm Using MQ2 Sensor [Електронний ресурс] – https://www.electronicsforu.com/kitchen-security-alarm. (дата звернення: 23.03.2025). 13. MQ2 Gas Sensor [Електронний ресурс] – https://components101.com/sensors/mq2-gas-sensor. (дата звернення: 24.03.2025). 14. NodeMCU ESP8266 [Електронний ресурс] – https://components101.com/development-boards/datasheet. (дата звернення: 18.03.2025). 15. Ralf Joost. Advantages of fpga-based multiprocessor systems in industrial applications. In 31st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON 2005). IEEE-I ECON, November 2020. – Р. 12-19. 16. SRA #135 ROSIN FLUX PASTE [Електронний ресурс] – https://www.srashops.com/pub/media/docs/datasheet/tds-fls135.pdf. (дата звернення: 17.03.2025). 17. Structural design for fire safety [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://ftp.idu.ac.id/wpcontent/uploads/ebook/ip/Design%20for%20Fire%20Saf ety%20(%20PDFDrive%20).pdf. (дата звернення: 15.03.2025). 18. Wurth elektronik [Електронний ресурс] – https://www.we- online.com/catalog/en/em/connectors (дата звернення: 25.03.2025). 19. Автоматика і автоматизація технологічних процесів: Підручник / Т. Б. Головко, К.Г. Рего, Ю.О. Скрипник. – К.: Лебідь, 2022. – 232 с. 20. Бедрій Я. І. Охорона праці та пожежна безпека: навчальний посібник для студентів ВНЗ та інженерів-практиків / Я. І. Бедрій. – 1-е вид. обнв. та доп – Тернопіль : Тернопіль, 2021 р. – 135с. 21. Безпровідний датчик витоку природнього газу Tervix Pro Line ZigBee GAS Sensor [Електронний ресурс] – https://aria-katalog.kiev.ua/uk/417121- bezprovidnij-datchik-vitokuprirodnogo-sensor. (дата звернення: 22.03.2025). 59 22. Глущенко М. О. ПРИСТРОЇ ВІЗУАЛЬНОЇ СИГНАЛІЗАЦІЇ, ЯК ЕФЕКТИВНИЙ МЕТОД ПОПЕРЕДЖЕННЯ ПОЖЕЖ / М. О. Глущенко, Г. А. Богдан // ХIV Науково-практична конференція «Ефективність та автоматизація інженерних рішень у приладобудуванні», 07-08 грудня 2021 р., – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. – С. 254-256. 23. Деречин В. В. Система технологій : навч. посібник / В. В. Деречин, Щ. В. Богомолов, Є. І. Хреновськов; М-во освіти та науки України. – Одеса: Центр учбової літератури, 2022 – 368 с. 24. Детектор газу та чадного газу Xtreme XGC10 230 В [Електронний ресурс] – https://allegro.pl/oferta/czujnikczadu-i-gazu-2w1-detektor-tlenku-wegla-co- 14092610481. (дата звернення: 21.03.2025). 25. Довідник керівника гасіння пожеж [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://repositsc.nuczu.edu.ua/bitstream/Persha_redakciya_2.pdf. (дата звернення: 11.03.2025). 26. ДСТУ ГОСТ 2272:2006. Пожежна безпека. Терміни та визначення основних понять / Держ. стандарт України. Вид. офіц. – [Чинний від 09.06.2006]. – Київ : Держстандарт України, 2007. – 28 с. 27. Конспект лекцій з дисципліни «Безпека життєдіяльності» для студентів денної та заочнох форм навчання спеціальностей «Пожежна безпека» та «Цивільна безпека» / упоряд. : Р. В. Пархоменко, Б. В. Болібрух, Д. О. Чалий ; М-во освіта та науки України, Львів, нац. ун-т безпеки життєдіяльності. – Львів, ЛДУ БЖД, 2021. – 368 с. 28. Особливості викладання вибухонебезпеки в сучасних умовах [Електронний ресурс]. – http://dspace.mnau.edu.ua/jspui/handle/7010. (дата звернення: 19.03.2025). 29. Охорона праці в галузі та цивільний захист [Електронний ресурс]. – http://dspace.mnau.edu.ua/jspui/handle/8596. (дата звернення: 18.03.2025). 30. Природні пожежі - загроза для цивілізації [Електронний ресурс]. – http://dspace.mnau.edu.ua/jspui/handle/123456789/7038. (дата звернення: 20.03.2025). 60