Пожарная автоматика для потенциально опасных объектов. Принципиальные аспекты  (часть первая)

С.А. Калашников

Технический директор ООО "СТАЛТ", к.т.н., с.н.с

Системы пожарной автоматики относятся к оборудованию, которое должно долгое время стоять наготове и, "не потеряв бдительности и не расслабившись от безделья", обязано надежно сработать именно в условиях пожара. Слово "надежно" в данном случае предполагает своевременно, не ложно, автоматически, полнофункционально, нормативно корректно и независимо от человеческого фактора.

Немаловажно, что все это должно обеспечиваться в условиях негативного воздействия реальных факторов и последствий аварии:

 ожидаемые или даже запроектированные переключения значительных мощностей в сетях электроснабжения при авариях;

 вероятные повреждения или обрушения строительных конструкций с коммуникациями и, как следствие, возможная потеря отдельных участков линий связи между приборами пожарной системы;

 возможные некорректные действия персонала в стрессовой ситуации при ЧС;

 вероятные преднамеренные воздействия на системы безопасности при ЧС террористического характера и многое другое.

Таким образом, в один ряд с надежностью встает требование устойчивости функционирования таких систем. Для технически сложных, потенциально опасных и уникальных промышленных объектов, объектов с массовым пребыванием людей и объектов, относящихся к перечню критически важных для национальной безопасности, значение надежного автоматического срабатывания аварийных систем повышается многократно.

 10 принципов надежности

Обеспечить работоспособность инженерных систем в аварийных условиях возможно только при неуклонном соблюдении хорошо известных инженерам классических правил, основанных на постулатах теории надежности и технической диагностики. Попробуем очень кратко сформулировать 10 основных принципов обеспечения надежности применительно к пожарной автоматике.

1. Строгое выполнение нормативных требований – как общефедеральных, так и ведомственных. Очевидно, что такие отрасли, как энергетика, нефтегазовая и химическая промышленность, наземная инфраструктура авиационно-космических предприятий, предприятий оборонно-промышленного комплекса, объектов, поднадзорных российскому морскому регистру судоходства, и ряд других, обладают весьма существенной спецификой, которую нельзя не учитывать.

2. Обновление отраслевых норм – учет специфики сложных объектов в связи с реконструкцией предприятий, приходом новых технологий, переходом к новой системе нормирования и принятием технических регламентов.

3. Комплексное решение всех задач пожарной автоматики на едином сертифицированном комплекте оборудования для объекта любой сложности. Должна быть максимально исключена необходимость (но не возможность) применения в составе установки приборов различных производителей или оборудования, производимого на заказ.

4. Наличие в составе применяемого оборудования серийно выпускаемых приборов в специальном исполнении (взрывобе-зопасном, влагозащищенном, морском, коррозийно-стойком и пр.). Давно известно, что в любых системах управления взаимодействие разнородного оборудования – самое слабое звено.

5. Обеспечение устойчивости функционирования пожарной автоматики. В положениях действующих нормативных документов требования устойчивости в условиях негативного воздействия факторов аварии практически не отражены, за исключением, может быть, общих положений по электромагнитной совместимости, да и то без учета конкретных условий применения оборудования (например, на энергонасыщенных предприятиях).

К основным известным способам обеспечения требуемой устойчивости можно отнести "горячее" резервирование линий связи и отдельных функциональных узлов, включая наличие резервного центрального пульта управления (например, на объекте ГО) и обязательную способность оборудования обеспечить корректную полномасштабную автономную работу отдельных функциональных или территориальных частей установки. Эти вопросы, например, были весьма удачно сформулированы в МГСН 4.19–2005.

На практике требуемая устойчивость систем может быть обеспечена только совместно аппаратными возможностями (при выборе оборудования) и проектными решениями, реализующими эти возможности.

6. Распределенный принцип построения системы (особенно для пространственно рассредоточенных объектов). Этот принцип зачастую бывает более важным, чем резервирование линий связи основных функциональных узлов и агрегатов.

Комплект оборудования должен состоять из законченных приборов и блоков (или локальной части установки – комплекта функционально связанных приборов). Каждый из них – как в составе системы, и так и автономно – должен выполнять полный комплекс задач автоматического электроуправления в своей функциональной части установки. Для крупных объектов недопустимо построение систем пожарной автоматики, когда для реализации отдельных функций управления "интеллектуально маломощный" зонный прибор требует подключения ресурса некоей "головы" системы. В части применения распределенного принципа управления и взаимодействия пожарной автоматики с другими инженерными системами опять же следует обратиться к аналогичным положениям МГСН 4.19–2005.

Следует обеспечить автоматический контроль исправности всех электрических цепей и линий связи и настраиваемого времени реакции. Кроме того, размещение приборов в защищаемой зоне позволяет сократить объем монтажных работ.

7. Возможность совместной работы оборудования пожарной автоматики с любыми пороговыми пожарными извещателями. На ответственных объектах необходимо стремиться к применению самых передовых адресно-аналоговых пожарных извещателей от ведущих компаний-производителей.

8. Обеспечение штатным ПО нормативно корректных алгоритмов управления с защитой от нормативно недопустимых параметров (поправка на человеческий фактор). Для объектов со сложным управлением основными технологическими процессами (энергетика, нефтехимия и т.д.) необходимо обеспечить настраиваемые (адаптируемые) алгоритмы работы пожарной автоматики в зависимости от исполнения (или неисполнения) команд с обязательной возможностью настройки реакции системы не только на событие или факт исполнения команды, но и на заданную фазу исполнения отдельных многоступенчатых процедур.

Простой пример: в дренчерных системах с запорной арматурой с электроприводом не следует выдавать командный импульс на пуск пожарных насосов до получения извещения о начале работы арматуры на открывание. В противном случае (например, при заклинивании) насосные агрегаты окажутся в ситуации работы без расхода воды, что может привести к их неисправности. Конечно, ресурс автоматического водопитателя в таком случае должен обеспечивать требуемый режим пуска установки.

9. Возможность полноценной интеграции систем пожарной автоматики в автоматизированные аппаратно-программные комплексы систем безопасности и системы мониторинга, универсальное взаимодействие с АСУ ТП, а также возможность работы по стандартным проводным, оптоволоконным, радиорелейным и другим выделенным каналам связи, включая сеть Ethernet.

Крайне желательно, чтобы интеграция обеспечивалась программным продуктом непосредственно от производителя оборудования.

10. Высокая производительность проведения пусконаладочных работ и простота освоения оборудования персоналом.

Взаимосвязь принципов надежности и параметров оборудования

 Продемонстрируем взаимосвязь отдельных перечисленных выше принципов, конкретных технических решений и параметров оборудования с понятными примерами.

Зарубежные панели пожарной автоматики

Если говорить о зарубежных производителях, центральные панели которых сертифицированы как приборы управления пожаротушением, то фактически специальные (зонные) приборы управления (например, управления пожаротушением) в их составе вовсе не предусмотрены или в лучшем случае представлены отдельными блоками, не позволяющими построить систему крупного объекта исключительно на одном оборудовании.

Понимая эти недостатки, поставщики подобного оборудования зачастую предлагают организовать управление пожарной автоматикой, используя возможности дополнительного программирования самих панелей для организации взаимодействия отдельных, подключенных к ним периферийных функциональных (как правило, адресных) модулей. Технически это реализуемо, хотя почти всегда экономически нерационально, схематически сложно и соответственно менее надежно.

Кроме того, немаловажно, что юридически все элементы, участвующие в логике управления, должны иметь сертификат приборов управления. Строго говоря, незаконно возлагать даже отдельные функции управления на приборы, блоки и модули, сертифицированные только как приборы приемно-контрольные пожарные (ППКП). Приборы, предназначенные только для задач пожарной сигнализации, не имеют права заниматься управлением.

Программируемые контроллеры

 Особо следует проанализировать технические решения, основанные на идеологии построения пожарной автоматики в виде аппаратно-программных комплексов на базе применения программируемых промышленных контроллеров и других унифицированных узлов и блоков. Такие системы получили довольно широкое распространение, особенно в "платежеспособных" отраслях.

С точки зрения построения процесса управления эти системы действительно универсальны, но они получаются принципиально централизованными или в лучшем случае условно распределенными с групповой централизацией. В силу принципов построения и сравнительно высокой стоимости оборудования практически невозможно устанавливать отдельный комплект в каждую защищаемую зону. А если зона взрывоопасная, то задача практически не имеет и разумного технического решения, хотя бы только из-за габаритов и энергоемкости таких приборов.

Основной недостаток централизованных систем состоит в том, что, кроме работоспособности единого ядра, принципиально они зависят от состояния многочисленных линий связи, уже не говоря о неоправданной стоимости и сроках монтажа такого объема "кабельного хозяйства".

Ярчайший пример негативных последствий централизованного технического решения – катастрофическая авария на Саяно-Шушенской ГЭС (17.08.2010 г.), где была централизованная система оперативного тока (схема электропитания аварийных защит). Шины оперативного тока (будучи механически разрушенными в первые же секунды аварии "взлетевшим" генератором) оставили неработающей всю противоава-рийную автоматику станции. Последствия общеизвестны.

Необходимость полномасштабного участия центрального оборудования в любой процедуре управления и многократная пересылка информации от периферии к центру и обратно даже при выполнении простейших задач делает установку весьма уязвимой. Применение негорючей кабельной продукции не гарантирует от механического повреждения кабельных трасс в процессе развития аварии. А участие ядра системы в управлении необходимо на весь период функционирования установки.

Понимая эти недостатки, некоторые компании, применяющие идеологию программируемых контроллеров, начали включать в состав своего оборудования отдельные функциональные приборы. Но следует признать, что полностью это проблему не решает.

Резервирование многочисленных линий связи в такой установке практически будет означать ее полное дублирование. Включение периферийных элементов не в самостоятельные линии связи, а в общую шину (встречается и такая схема) в условиях аварии и при возрастании объема событий может привести к перегрузке шины потоком информации и к несрабатыванию установки в заданное время.

Кроме того, адресный объем шины, как правило, весьма ограничен. Этим вопросам посвящено немало исследований и рекомендаций даже самих производителей и поставщиков узлов и блоков такого оборудования.

В системах на универсальных промышленных контроллерах практически для каждой конкретной установки необходима разработка индивидуального ПО (даже с использованием типовых наработок предыдущих объектов). Это означает жесткую зависимость заказчика от разработчика программного обеспечения на все время эксплуатации установки, даже при необходимости ее небольшой модернизации.

 Ну и немаловажный фактор – цена такой системы "под ключ" для заказчика в 2–3 раза выше альтернативных современных вариантов.

Вместе с тем считаю, что широкое применение идеологии программируемых контроллеров в системах АСУ ТП является абсолютно оправданным и прогрессивным. В этом случае основное технологическое оборудование предприятия успешно функционирует под управлением таких АСУ ТП в штатном режиме эксплуатации (в условиях отсутствия негативных факторов аварии). Соответствующее программное обеспечение таких АСУ ТП предлагает гибкое управление производственными процессами. Сравнительно высокая стоимость систем вполне оправдана прибылью, приносимой с их помощью.

 Низкая устойчивость такого технического решения в данном случае принципиального значения не имеет. При пожарах и других ЧС системы АСУ ТП "имеют право не работать" (по крайней мере полнофункционально – основной технологический процесс в этом случае, как правило, в кратчайшее время сворачивается).

Кроме того, например, на нефтехимических предприятиях при проектировании противопожарной защиты зачастую при аварии используется прием "рассечения" технологических трубопроводов запорной арматурой, управляемой из систем пожарной автоматики.

Зачастую в качестве обоснования или оправдания применения и в пожарной автоматике таких же контроллеров, как и в АСУ ТП, приводится довод о том, что обслуживающий и дежурный персонал объекта, повседневно занимаясь эксплуатацией АСУ ТП, довольно хорошо знает и противопожарное оборудование. Следует признать, что это не совсем так.

 Во-первых, знание контроллеров – это еще не знание всей установки в целом. АСУ ТП эксплуатируется со своими задачами и периферийными датчиками, которые существенно отличаются от задач и логики работы пожарной автоматики. А в стрессовой ситуации пожара персонал должен безошибочно и оперативно применить именно пожарную систему.

Во-вторых, такое стремление к универсальности оборудования не позволяет сделать системы пожарной автоматики распределенными, то есть лишает их требуемой устойчивости. Системы безопасности не имеют права зависеть от негативных воздействий, которые можно и нужно предвидеть на этапе проектирования.

В следующем номере планируем продолжить рассмотрение технических подходов к построению пожарной автоматики высотных зданий, технически сложных, потенциально опасных и уникальных промышленных объектов, объектов с массовым пребыванием людей и объектов, относящихся к перечню критически важных для национальной безопасности. Автор искренне заинтересован в дискуссии – присылайте ваши мнения в редакцию.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #1, 2011