Алгоритм Безапосности: издание для профессионалов
Санкт-Петербург:
тел./факс: (812) 331-12-60 office@algoritm.org
Москва:
тел./факс: (499) 641-05-26moscow@algoritm.org

Главная
Новости
О журнале
Архив
Свежий номер
Реклама
Подписка
Контакты
Сотрудничество
 

Если вы хотите стать распространителем нашего журнала

 
 
 
 
 

"Алгоритм Безопасности" № 4, 2014 год.

Содержание

Живучесть систем противопожарной защиты. Часть 1
А. Зайцев


ЖИВУЧЕСТЬ СИСТЕМ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ

Часть 1

А.В. Зайцев

научный редактор журнала «Алгоритм безопасности»

В последнее время на страницах различных СМИ, и в том числе на страницах нашего издания, достаточно часто появляются материалы на тему надежности отдельных технических средств пожарной автоматики и даже их отдельных элементов.

Создается впечатление, что если мы сможем получить у российских пожарных извещателей наработку на отказ, сравнимую с зарубежными показателями, то и все наши системы противопожарной защиты станут в один день настолько же надежными и устойчивыми ко всем воздействиям, как и за рубежом. С этим я не могу согласиться.

Специалисты уже давно знают, что существующая у нас в стране методика оценки основных технических характеристик средств, а тем более систем пожарной автоматики не дает возможности сполна оценить их возможности. К этому еще добавляется низкая требовательность у нас и к показателям их надежности. Тут скорее политические решения, нежели технические. С одной стороны, низкие требования - возможность выживания для отечественных производителей технических средств (ТС) пожарной автоматики (ПА). С другой стороны, это позволяет почти в десять раз (по сравнению с зарубежными показателями) снизить как бюджетные затраты, так и затраты предпринимателей на оборудование объектов системами противопожарной защиты.

Особое место здесь занимает Федеральный закон от 5 апреля 2013 № 44-ФЗ «О контрактной системе в сфере закупок товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд», который пришел на смену Федеральному закону от 21.07.2005 № 94-ФЗ «О размещении заказов на поставки товаров, выполнение работ, оказание услуг для государственных и муниципальных нужд». Ни старый закон, ни тем более новый не позволяют вести речь о качественных характеристиках систем противопожарной защиты, на повестке дня может стоять только вопрос минимальной цены. И в этой ситуации мы все ближе подходим к использованию для противопожарной защиты всякого рода муляжей.

Но даже в этой ситуации становится все более очевидным, что в характеристики систем, кроме их основных функциональных возможностей (своевременного обнаружения и оповещения, эффективного управления ТС ПА и т.п.), обязательно должны входить еще и параметры живучести.

Там, где не экономят на жизни людей и сохранности государственного имущества, нормативные требования к живучести имеются и достаточно серьезные.

Наличие таких требований сказывается и на общей топологии построения структур, и на требованиях к техническим средствам - то, что мы видим за рубежом, но никак не можем применить у себя. И выражено это может быть одной конкретной формулировкой, которую я упомяну несколько позже, чтобы подойти к ней уже полностью подготовленными. А пока надо обратиться к основам теории живучести.

Устойчивость систем

Устойчивость функционирования любых систем нарушается в результате воздействия разнообразных дестабилизирующих факторов.

Воздействие на системы разделяется на воздействие внутренних и внешних дестабилизирующих факторов. Такое разделение воздействующих на системы дестабилизирующих факторов (ДФ) дает возможность представить устойчивость систем как совокупность свойств надежности и живучести.

Устойчивость, таким образом, состоит из двух составляющих: надежность по отношению к внутренним ДФ и живучесть по отношению к внешним ДФ. И смешивать их между собой никак нельзя. Они имеют разную природу и разные свойства. Поэтому, говоря только о надежности, мы совершаем грубейшую ошибку.

Характер воздействия внутренних и внешних дестабилизирующих факторов показателей надежности и живучести систем могут только прогнозироваться и поэтому носят вероятностный характер. Но в эту тему мы не пойдем, это пока задача не сегодняшнего дня, или, по крайней мере, не этой статьи.

Надежность

Обеспечение устойчивости при воздействии внутренних дестабилизирующих факторов сводится к решению проблемы обеспечения надежности технических средств, используемых в системах.

Под внутренними ДФ понимаются факторы, источники воздействия которых находятся внутри систем, и по ним имеется достаточная информация о характере воздействий. Это позволяет принимать эффективные меры по их локализации уже на этапе разработки и производства ТС ПА, а также при эксплуатации и проведении соответствующего технического обслуживания. К наиболее распространенным источникам внутренних дестабилизирующих факторов для электро- и радиотехнических систем относятся:

■ качество электрических контактов;

■ старение, т.е. изменение со временем характеристик электро- и радиоэлементов;

■ снижение электромагнитной защищенности (нарушение экранирования, заземлений, фильтрации).

Здесь необходимо отметить, что для линий связи систем противопожарной защиты, как это ни странно, внутренние дестабилизирующие факторы имеют минимальное значение. Ситуация выглядит так, как будто эта система смонтирована на каком-то большом столе и никакому воздействию не подвергается. Не трогай провода, и с ними ничего не будет.

Живучесть

Обеспечение устойчивости при воздействии внешних дестабилизирующих факторов представляет собой проблему обеспечения живучести систем.

Источниками внешних дестабилизирующих факторов (ВДФ) по отношению к системе являются физические объекты, которые выделяют энергию на образование дестабилизирующих факторов и делятся на объективные (естественные) и субъективные (искусственные). Объективные источники ВДФ являются непреднамеренными ДФ (гроза, землетрясение и т.п), а субъективные уже являются преднамеренными (в том числе и текущая эксплуатация объектов и т.п.).

Таким образом, в понятие устойчивости входит всего две составляющие - внутренняя и внешняя, надежность и живучесть, как две сестры. Другого не дано.

Понятие живучести в различных отраслях и системах

Понятие живучести для различных систем имеет строго свое определение.

Этому вопросу посвящено много научных трудов.

Наиболее известный и цитируемый на сегодняшний день специалист в этой области, Г. Н. Черкесов, в одной из своих работ «Методы и модели оценки живучести сложных систем» [1] достаточно подробно приводит различные подходы в разных отраслях к данному определению.

В частности, в судостроении живучесть судна определена [2] как способность противостоять воздействию стихийных сил ветра и волн, пожаров, оружия противника, а при повреждениях сохранять и восстанавливать полностью или частично мореходность и боевые качества.

В электроэнергетике [3] под живучестью понимается свойство объекта противостоять возмущениям, не допуская их каскадного развития с массовым нарушением питания потребителей.

Аналогичных определений достаточно много. Но среди них есть одно, заслуживающее отдельного внимания. В системах управления [4] живучесть определена как свойство объекта, заключающееся в его способности выполнять заданное назначение в процессе неблагоприятных воздействий на весь объект или отдельные его компоненты, поддерживая в допустимых пределах свои эксплуатационные показатели.

Вот она - одна из самых универсальных формулировок. Действительно, что-то может и выйти из строя, но система в целом должна выполнять свою задачу, пусть и с ограниченными функциями.

Но, как бы это не казалось странным, наиболее ближе всего в вопросе устойчивости к системам противопожарной защиты находятся системы электросвязи.

Есть источники сигналов, есть средства обработки, есть приемники сигналов, и имеются связывающие их линии связи. Чтобы оценить всю схожесть решаемых задач, нужно взять Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 53111-2008 «Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования и методы проверки» [5] и попробовать заменить «сеть электросвязи» на «системы противопожарной защиты». Тут же сразу возникнет вопрос, а почему этого до сих пор нет в нормах о системах противопожарной защиты?

Устойчивость функционирования сетей связи

Начнем с того, что в этом стандарте существует одно из основных требований: «Средства связи на основании предъявляемым к ним требованиям надлежит выбирать по показателям надежности и стойкости к внешним воздействиям». Это почти как в пункте 17.3 СП 5.13130.2009 «Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования», когда технические средства пожарной автоматики должны иметь параметры и исполнения, обеспечивающие безопасное и нормальное функционирование в условиях воздействия среды их размещения.

Устойчивость функционирования сети электросвязи определяется, как ее способность выполнять свои функции при выходе из строя части элементов сети в результате воздействия дестабилизирующих факторов.

Значит, что-то действительно может и обязательно откажет, но на работе сети связи в целом это не должно сказаться.

Мероприятия по обеспечению устойчивости сети электросвязи включают в себя объектовые и сетевые методы ее обеспечения.

Объектовые методы обеспечивают показатель надежности.

Объектовые методы обеспечения устойчивости состоят из выбора:

■ средств связи (аппаратуры и оборудования);

■ конструкции сооружения связи;

■ вариантов размещения средств связи в сооружении связи.

В качестве показателя надежности каналов электросвязи применяется коэффициент готовности Кг канала электросвязи, определяемый выражением:

Кг = Т0/(Т0 + Тв), (1)

где:

Т0 - среднее время наработки на отказ канала электросвязи;

Тв - среднее время восстановления работоспособности канала электросвязи.

Это так похоже на технические средства пожарной автоматики: те же величины, тот же подход. Хотя данный раздел не очень связан с живучестью, я его специально здесь привел. Если одна составляющая часть устойчивости сетей связи в виде надежности полностью идентична параметру надежности технических средств пожарной автоматики, то и вторая составляющая устойчивости в виде живучести может быть аналогичной.

В пункте 3.8 вышеуказанного стандарта приведено определение живучести сети электросвязи, как свойство сохранять способность выполнять требуемые функции в условиях, создаваемых воздействиями внешних дестабилизирующих факторов. Очень похожую формулировку я уже приводил. В качестве показателя живучести каналов электросвязи применяют коэффициент оперативной готовности Ко.г канала электросвязи, определяемый выражением:

Ко.г = Р(Т)Кг, (2)

где:

Кг - коэффициент готовности;

Р(Т) - вероятность сохранения работоспособности канала электросвязи при воздействии ВДФ.

Необходимо помнить, что под каналом связи понимается вся совокупность технических средств и линий связи, участвующих в передаче и обработке сигналов от источника к приемнику. Коэффициент оперативной готовности канала электросвязи рассчитывается как вероятность связности между двумя точками подключения к сети электросвязи. Вот тут и появляется один из главных факторов живучести сетей электросвязи - связность.

Именно к этому термину в данной статье я теперь буду постоянно возвращаться. Он и будет отправной точкой в борьбе за живучесть.

Метод расчетной оценки связности заключается в том, что для выбранных источника и приемника сети, в соответствии с алгоритмом установления связи, отмечаются все пути, по которым может быть установлено соединение между ними, т.е. доставка сигнала.

Под событием связности понимают такое событие, когда между источником и приемником в работоспособном состоянии существует хотя бы один канал связи. Если между ними в работоспособном состоянии нет ни одного канала связи, то наступает событие несвязности. Вот связь вроде как есть, но она не работает.

Живучесть сети электросвязи оценивается возможностями сети адаптироваться к изменению условий функционирования в результате воздействия внешних дестабилизирующих факторов. Сетевые методы обеспечения живучести касаются топологии и обеспечиваются изменением разветвленности и увеличением резервирования линий (каналов) связи в сети с целью увеличения ее показателей связности до требуемых значений.

В построении сети и лежит основа обеспечения живучести сетей электросвязи.

Сетевое построение определяется:

■ возможностью резервирования линий электросвязи;

■ выбором различных сред распространения сигналов (провод, оптоволоконнные линии, радиорелейные и спутниковые станции и т.п.);

■ оптимальностью топологии сети электросвязи (достаточности ее разветвленности);

■ обеспечением взаимодействия с сетями других операторов связи.

И это опять о повышении связности в сети. Вот чем обеспечивается живучесть.

В информационных системах пошли еще дальше. В них на основе таких, к примеру, утилит, как ping, определяется время отклика от приемного устройства и по критерию его минимальной величины выбирается маршрут доставки пакета данных от источника к приемнику. Это может быть возможным только при наличии множества маршрутов доставки пакетов данных, которые обеспечивают, в том числе, и живучесть этих систем. А пользователи об этом даже не догадываются.

Попробуйте прямо сейчас это внедрить в наши требования к системам пожарной сигнализации...

Живучесть систем противопожарной защиты

Как я уже отмечал в введении к данному материалу, создается впечатление, что никаких проблем с живучестью систем противопожарной защиты в нашей стране нет и быть не может, иначе бы это нашло хоть какое-нибудь отражение в нормативных документах. Нет проблемы -нет ни соответствующих задач, ни организационных и технических решений.

У связистов свое представление о непрерывности оказания услуг связи. Поэтому они, безусловно, выполняют требования своего стандарта об устойчивости сетей связи.

Что такое, на наш взгляд, невозможность дозвонится в течение часа до своей подруги или родителей? Ну да, когда дозвонитесь, пожалуетесь, что целый час пытались это сделать, не больше, никто никому серьезных претензий предъявлять не будет, на другой день все об этом забудут.

Или в течение часа-двух не могли пробиться в Интернет, чтобы узнать погоду. Паника, но никто не умер.

А когда на объекте система противопожарной защиты не работает неделями, это мало кого волнует. А как узнать о пожаре? Очень просто. Увидите в окнах, из которых идет дым, людей, машущих чем-то и орущих, значит там пожар, позвоните по телефону 0-1 или 112, чтобы им помочь.

И стоит ли сравнивать результаты работы системы при низкой надежности отдельных технических средств и при минимальной живучести всей системы целиком. Что более критично: отказ пары элементов при работающей системе или отказ всей системы при работающих элементах.

Тогда, чтобы живучесть систем противопожарной защиты можно было как-то рассматривать с системной точки зрения, для начала попробуем структурировать составные части систем противопожарной защиты к общим отвлеченным понятиям систем.

Источником первичной информации здесь являются пожарные извещатели.

Приемником первого уровня, одновременно устройством, принимающим решение о пожаре, является приемно-контрольный прибор (ППКП).

Далее сигнал о пожаре поступает на пожарные приборы управления (ППУ), где уже принимается решение о запуске тех или иных исполнительных устройств пожарной автоматики. И уже те, в свою очередь, выполняют то, без чего ни одна система противопожарной защиты не может быть таковой, т.е. оповещение о пожаре, включение и выключение тех или иных систем на объекте и т.п.

Таким образом, получаем два уровня для принятия решения и три уровня для приема сигналов от извещателей: ППКП-ППУ-исполнительные устройства.

Между ними всеми находятся линии связи, без них никак нельзя.

И вот в организации этих линий связи в отечественной и зарубежной практике имеются принципиальные различия. В наших системах, как правило, используется одна общая и единственная линия связи на основе стыка RS-485, которая связывает между собой и центральным пультом все множество расширителей шлейфов и те же модули управления исполнительными устройствами. Связность наших отечественных систем практически никогда не превышает единицы. Так ведь никто другого и не требует.

Также линии связи используются для обеспечения электропитанием всех перечисленных элементов системы и, в том числе, их компонентов при блочно-мо-дульном их исполнении от одного, в лучшем случае от двух-трех источников бесперебойного питания. И как проложен этот провод питания, как его отличить от всех других, чтобы случайно не откусить?

Для начала имеет смысл рассмотреть случаи только внешних дестабилизирующих факторов, никак не связанных с пожаром на объекте. К ним относятся повседневные будни объекта, когда где-то меняют двери или красят стены или потолки, прокладывают или меняют кабели внутренней компьютерной сети или телефонии. Без этого ни один объект дольше недели не живет. Ведь нигде не найти информационных табличек, что именно здесь проходит главная и единственная линия связи системы пожарной автоматики, и ее трогать нельзя, или что-то в этом роде. Ну и о каких табличках можно говорить при прокладке единственной и несравненной линии связи в запотолочном пространстве или в межэтажных стояках. А если эта наша «любимая и ненаглядная» проложена еще и в виде воздушной линии связи между отдельными зданиями, то тут и гром с молнией добавляются в придачу, не говоря о наведенных электромагнитных помехах.

А если подумать о возгорании на объекте? Поверьте, вся система, несмотря на то, что кабели (но не кабельные линии, как это все-таки требуется) были использованы в пожаростойком исполнении, за считанные минуты выйдет из строя просто по вине какого-нибудь модуля, расширителя или адресной метки, попавших первыми в очаг возгорания. Несколько минут, и ничего в этой системе работоспособным не останется, и не надо строить никаких иллюзии. Это как у связистов - связь есть, но она не работает.

Вот к чему мы так долго шли последние годы, разрабатывая и внедряя новые национальные стандарты и своды правил.

Вместо выводов несколько вопросов

Выводы делать пока рано, исследование только началось, а подвести некоторые итоги все-таки надо. Поднимем несколько вопросов по живучести систем пожарной автоматики и, в целом, по системам противопожарной защиты объектов.

Во-первых. В каком объеме или виде можно было бы допустить влияние единичного отказа любой линии связи или любого элемента системы на работу всей системы противопожарной защиты объекта, чтобы это было принято пожарной наукой? Это о живучести системы после воздействия на нее внешними дестабилизирующими факторами.

Во-вторых. Интересно было бы узнать, а какова допустимая неконтролируемая системой пожарной сигнализации площадь объекта при единичном отказе в системе, если в системе будет иметь место связность действительно больше единицы?

В-третьих. Можно ли какими-то другими способами, в том числе дистанционного пуска с пожарного поста, компенсировать выход из строя автоматического пуска исполнительных устройств пожарной автоматики при его отказе, и как это организовать?

В-четвертых. Справедливо ли утверждение, что и без внесения соответствующих изменений и в ГОСТ Р 53325-2012 «Технические средства пожарной автоматики», и в свод правил СП 5.13130.2009 «Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования» можно легко решить вопрос живучести систем противопожарной защиты?

В-пятых. Если наконец появится понимание того, что нормировать живучесть как-то надо, то какие параметры должны лежать в основе - вероятность, связность, дублирование, резервирование и т.п?

И вот тут будет целесообразно рассмотреть и сравнить зарубежные и отечественные требования к связности таких систем, к топологическим структурам, а через это можно будет уже судить об их сравнительной живучести, чему и будет посвящена следующая часть статьи.

Литература:

1. Черкесов Г. Н. Методы и модели оценки живучести сложных систем. М.: Знание, 1987.

2. Большая советская энциклопедия. Т. 9. М.: Советская энциклопедия, 1972. С. 569.

3. Надежность систем энергетики: Терминология. Сборник рекомендуемых терминов. Вып. 95. М.: Наука, 1980.

4. Волик Б. Г., Рябинин Й. А. Эффективность, надежность и живучесть управляющих систем // Автоматика и телемеханика. 1984. № 12.

5. ГОСТ Р 53111-2008 «Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования и методы проверки».

скачать
скачать

 

Rambler's Top100 Интернет портал. Каталог фирм. бжд. Охрана. Обеспечение безопасности. Безопасность предприятия. Оборудование. Видеонаблюдение.