Wybrane aspekty stosowania czujek w ESB z nadzorem informatycznym przeznaczone dla obiektów transportowych

Transkrypt

1 SZULC Waldemar 1 ROSIŃSKI Adam 2 Wybrane aspekty stosowania czujek w ESB z nadzorem informatycznym przeznaczone dla obiektów transportowych WSTĘP Zastosowanie odpowiednich i odpowiedzialnych czujek w obiektach transportowych zarówno stacjonarnych jak i ruchomych to poważne wyzwanie. Autorzy takie badania wykonali zbierając ważne doświadczenia przez wiele lat. Zabezpieczenie obiektów transportowych ze względu na dosyć kapryśne warunki zmienno-klimatyczne wymaga więc sporej wiedzy i doświadczenia aby uniknąć fałszywych alarmów. Ważny jest więc właściwy dobór czujek pod kątem zabezpieczenia określonych obiektów transportowych oraz ludzi przebywających w tych obiektach. Warto więc przedstawić wybrane możliwości stosowania różnych typów czujek [1] w elektronicznych systemach bezpieczeństwa (ESB) z przeznaczeniem dla obiektów transportowych., które współpracują z Elektronicznymi Systemami Bezpieczeństwa (Systemy Sygnalizacji Włamania i Napadu [2], Systemy Kontroli Dostępu, Systemy p.pożarowe, Systemy Monitoringu Wizyjnego oraz Systemy zintegrowane), są dołączone do mikroprocesorowych jednostek wprost lub za pośrednictwem modułów. Wszystkie te urządzenia stanowią ESB (Elektroniczne Systemy Bezpieczeństwa), które są nadzorowane informatycznie wewnętrznie lub zewnętrznie. Szczególnie problem właściwego doboru czujek dotyczy ruchomych lub stacjonarnych środków transportowych, w których bezpieczeństwo jest celem nadrzędnym. Istotą każdego systemu alarmowego, o których mowa powyżej, jest wywołanie alarmu i przekazanie go dalej np. do sygnalizatorów akustycznych, optycznych lub alarmowego centrum odbiorczego [9,15]. Takie kryterium mogą wywołać czujki, które współpracują z liniami wejściowymi (dozorowymi) central alarmowych [12,13]. Dlatego też istotne staje się opisanie najczęściej spotykanych czujek wraz z ich podziałami. Jest to dość duże wyzwanie zważywszy na bardzo dużą ilość typów czujek oraz ich zasadę działania, budowę, sposoby mocowania i współpracę z liniami dozorowymi. Tematyka jest więc bardzo obszerna i wymagająca kilku artykułów. zwykle współpracują z wejściami central lub modułami zwykle 8-wejściowymi. Są to drogi transmisyjne przewodowe lub bezprzewodowe [14]. Warto nadmienić, ze w przypadku Kontroli Dostępu, czujki mają inny charakter. Zwykle są, to karty magnetyczne, czytniki PIN-kodów lub czytniki biometryczne. W przypadkach systemów p.pożarowych stosowane są specjalne czujki, zależne od potrzeb, zaś w przypadkach monitoringu wizyjnego, stosowane są czujki w postaci kamer telewizyjnych z dobranymi obiektywami (jasność i ogniskowe). Autorzy, którzy od wielu lat zajmują się problematyką badań eksploatacyjno niezawodnościowych zarówno w warunkach pracy rzeczywistej (a więc w obiektach) jak i w warunkach laboratoryjnych systemów alarmowych [11,16,17]. Autorzy są twórcami unikalnego i bardzo dużego Zespołu Laboratoriów Systemów Alarmowych na Wydziale Informatyki Stosowanej i Technik Bezpieczeństwa w Wyższej Szkole Menedżerskiej w Warszawie. Autorzy postarają się przybliżyć główne zagadnienia związane z zastosowaniem różnych typów czujek współpracujących z ESB, posiadających informatyczny nadzór. Ze względu na ograniczone możliwości, zostaną w niniejszym artykule przedstawione tylko wybrane zagadnienia stosowania czujek z przeznaczeniem między innymi dla obiektów transportowych. 1 Wyższa Szkoła Menedżerska w Warszawie, Wydział Informatyki Stosowanej i Technik Bezpieczeństwa, Polska, Warszawa, ul. Kawęczyńska 36, tel , waldemar.szulc@mac.edu.pl 2 Wyższa Szkoła Menedżerska w Warszawie, Wydział Informatyki Stosowanej i Technik Bezpieczeństwa, Polska, Warszawa, ul. Kawęczyńska 36, e mail: adro@wt.pw.edu.pl 6145

2 1. PODZIAŁ CZUJEK STOSOWANYCH W SYSTEMACH SYGNALIZACJI WŁAMANIA I NAPADU W niniejszym rozdziale artykułu zostaną przedstawione najczęściej spotykane podziały czujek. Podział czujek ze względu na zastosowanie: wewnętrzne, zewnętrzne. Podział czujek ze względu na zasilanie: bateryjne, akumulatorowe (doładowywane z zewnętrznego źródła napięcia; najczęściej jest to ekologiczna energia odnawialna, np. panel słoneczny, czy prądnica połączona z wiatrakiem), U Z = 12V DC 3, U Z = 230V AC 4. Podział czujek ze względu na media transmisyjne łączące z centralą alarmową lub modułem: przewodowe: dwużyłowe czterożyłowe, sześciożyłowe, bezprzewodowe: f = 433 MHz 5, f = 866 MHz, f = 900 MHz, f = 1800 MHz. Podział czujek ze względu na komunikację z centralą alarmową lub modułem: analogowe: NC 6 (normalnie zwarte), NO 7 (normalnie otwarte), EOL 8 /NC (parametryczne NC), EOL/NO (parametryczne NO), 2EOL/NC (dwuparametryczne NC), 2EOL/NO (dwuparametryczne NO), cyfrowe: adresowalne, magistralowe [10]. Podział czujek ze względu na zastosowane rezystory parametryczne: zewnętrzne, wewnętrzne (wbudowane). Podział czujek ze względu na wykorzystywane zjawisko fizyczne: Magnetyczne [7], pasywne podczerwieni [3], aktywne podczerwieni, ultradźwiękowe, mikrofalowe [4], wibracyjne, mikrofonowe [8], radarowe, 3 DC prąd stały (ang. direct current) 4 AC prąd przemienny (ang. alternating current) 5 Hz Herc, jednostka miary częstotliwości 6 NC normalnie zamknięte (ang. normal closed) 7 NO normalnie otwarte (ang. normal open) 8 EOL typ linii alarmowej (ang. end-of-line) 6146

3 infradźwiękowe, gazów: tlenku węgla (czadu), gazu zimnego (metanu), gazu LPG 9 (propanu-butanu), gazów usypiających (np. oparów chloroformu), rezystancje, przewodność elektryczna, optyczne, temperatury, wizyjne. Podział czujek ze względu na liczbę analizowanych zjawisk fizycznych: pojedyncze, dualne [5,6], potrójne (triplex). Podział czujek ze względu na sposób konfigurowania: lokalne (zazwyczaj manualne), zdalne. Podział czujek ze względu na spełnianą funkcję: realizujące cele stosowania systemów bezpieczeństwa, realizujące cele stosowania systemów bezpieczeństwa oraz dodatkowo inne funkcje (np. oświetlenie, sygnalizacja). Podział czujek ze względu na montaż: stałe, przenośne, mobilne. Podział czujek ze względu na umiejscowienie: naścienne, sufitowe. Podział czujek ze względu na zastosowane zabezpieczenia przed zmianą zasięgu: bez antymaskingu, z antymaskingiem. Analizując proponowane powyższe podziały można stwierdzić, iż wiele czujek stosowanych w elektronicznych systemach bezpieczeństwa (a szczególności w Systemach Sygnalizacji Włamania i Napadu) wymaga w zastosowaniach praktycznych znajomości ich budowy pod kątem konstrukcyjnym, sposobem mocowania, transmisji sygnałów oraz działania i funkcjonalności. Zatem przy projektowaniu SSWiN trzeba mieć dużą wiedzę i doświadczenie ze szczególnym uwzględnieniem propozycji zastosowania określonych czujek w ściśle określonych sytuacjach występujących w chronionym obiekcie (zarówno wewnętrznych jak i zewnętrznych). Źle dobrane czujki oraz ich lokalizacje w elektronicznym systemie bezpieczeństwa mogą spowodować wystąpienie fałszywych alarmów lub też w skrajnych przypadkach alarmów w przypadku wystąpienia zagrożenia. Dodatkowo dochodzą problemy zakłóceń wynikających z kompatybilności elektromagnetycznej. Badania dotyczące wpływu zakłóceń radioelektrycznych (kompatybilność elektromagnetyczna) oraz badania eksploatacyjno-niezawodnościowe były wykonywane przez autorów niniejszego opracowania Na rysunku 1 przedstawiono uproszczony podział najczęściej spotykanych czujek, współpracujących z liniami wejściowymi central alarmowych lub modułów. Podział czujek przedstawionych na rysunku 1 powstał w wyniku analizy wszystkich spotykanych rozwiązań Systemów Sygnalizacji Napadu i Włamania. 9 LPG mieszanina gazów propanu i butanu (ang. Liquefied Petroleum Gas) 6147

4 magnetyczne Podczerwień pasywna Bariery aktywne podczerwieni ultradźwiękowe mikrofalowe wibracyjne Bariery mikrofalowe inne C Z U J K I i I C H P O D Z I A Ł radarowe stłuczenia szkła Przyciski napadowe infradźwiękowe temperatury gazów zalania dualne wszystkie typy Rys. 1. Uproszczony podział spotykanych czujek współpracujących z elektronicznymi systemami bezpieczeństwa [źródło: opracowanie własne] Podsumowując przedstawione podziały można wyróżnić następujące czujki: magnetyczne, pasywne podczerwieni, aktywne podczerwieni, ultradźwiękowe, mikrofalowe, Bariery mikrofalowe, wibracyjne (w tym sejsmiczne), radarowe, stłuczenia szkła, dualne, zalania, gazów, temperatury, infradźwiękowe, Przyciski napadowe, Inne. Powyższy podział czujek jest najczęściej stosowany przez producentów i dystrybutorów tych urządzeń. Są one również stosowane przez konstruktorów i projektantów elektronicznych systemów bezpieczeństwa. Należy nadmienić, ze czujki przedstawione na rysunku 1 są stosowane w ESB przeznaczonych dla potrzeb transportu. Jak już wspominano, dobór czujek dla ESB przeznaczonych dla stacjonarnych bądź ruchomych środków transportowych wymaga dużej wiedzy związanej z doborem czujek i pozostałej części systemów, które są nadzorowane przez systemy informatyczne. Autorzy będą się starali przybliżyć Czytelnikom wszystkie przedstawione rozwiązania czujek oraz zasady ich doboru i montażu. Ze względu na trudne warunki eksploatacyjne ESB dla ochrony systemów transportowych, autorzy niniejszego opracowania sugerują, że właściwy dobór tych urządzeń ma zasadnicze znaczenie dla bezpieczeństwa takich obiektów jak również unikanie fałszywych alarmów. Dokonano analizy wielu urządzeń ESB w tym stosowanych czujek. Niestety niska cena urządzeń a w tym czujek nie idzie w parze z podniesieniem bezpieczeństwa. Na rysunku 2 przedstawiono czujkę wewnętrzną typu PIR o wielokrotnej detekcji, która w wyniku badań, zapewnia skuteczną ochronę obiektów transportowych w trudnych warunkach eksploatacyjnych. 6148

5 Rys. 2. Dookólna wewnętrzna czujka PIR o wielokrotnej detekcji [źródło: materiały firmy RISCO] Czujka przedstawiona na rysunku 2 to czujka PIR o wielokrotnej detekcji i o kącie bryłowym Π. Jest to czujka sufitowa znakomicie nadająca się do ochrony magazynów np. kolejowych oraz innych obiektów o dużym ruchomym gradiencie temperaturowym. Na rysunku 3 przedstawiono zewnętrzną czujkę PIR o wielokrotnej detekcji z możliwością współpracy z centralą alarmową z wykorzystaniem magistrali transmisyjnej. Rys. 3. Wielosekcyjna zewnętrzna czujka PIR z opcją wielodetekcyjną [źródło: materiały firmy RISCO] Na rysunku 4 przedstawiono stanowisko badawczo-dydaktyczne dotyczące programowania i nadzoru informatycznego ESB z możliwością zastosowania do systemów transportowych z widoczną dualna czujka wewnętrzną. Widoczna wizualizacja obiektu transportowego na ekranie monitora. 6149

6 Rys. 4. Stanowisko dydaktyczno-badawcze ESB z nadzorem informatycznym. Widoczna czujka wewnętrzna dualna (SATEL) [źródło: materiały własne] Przedstawiony na rysunku 4 ESB umożliwia podłączenie 128 linii dozorowych a więc 128 czujek. chroniące obiekty transportowe, mogą być dołączone wg rysunku 1. Na rysunku 5 przedstawiono najprostsze typy czujek magnetycznych, które mogą być zastosowane w oknach oraz drzwiach drewnianych i metalowych (specjalna opcja). Są to czujki przewodowe. Rys. 5. Wybrane trzy typu czujek magnetycznych przewodowych [źródło: materiały własne] magnetyczne przedstawione na rysunku 5 to czujki bierne, które nie wymagają zasilania. Znajdują zastosowanie we wszystkich systemach ESB w tym i w systemach Kontroli Dostępu. To najprostsza forma zabezpieczenia otworów okiennych jak i drzwiowych. 6150

7 Na rysunku 6 przedstawiono przykładowy (ale rzeczywisty) obiekt, w którym w wyniku dokładnej analizy zdarzeń, zaproponowano układ ESB. Zastosowano dużą ilość różnych czujek zastosowanych w obiekcie. Warto zwrócić uwagę na pomieszczenie mające charakter specjalny. Całość ESB jest programowana i nadzorowana informatycznie z pomieszczenia ochrony. System ESB zawiera czujki także p.pożarowe oraz czytniki związane z Kontrolą Dostępu. System zawiera również czujki specjalne w postaci kamer telewizyjnych z rejestracja obrazu na HDD. Przedstawiony system ESB to mikroprocesorowa jednostka firmy SATEL o 128 liniach dozorowych przewodowych. Wszystkie zdarzenia są rejestrowane potrójnie a mianowicie: na drukarce systemowej, na wewnętrznej pamięci ESB oraz na dysku HDD komputera. W pomieszczeniu ochrony znajduje się komputer nadzoru ze specjalnym oprogramowaniem. Tu odbywa się rejestracja wszystkich zdarzeń zarówno na drukarce systemowej jak i na dysku HDD. Wizualizacja zdarzeń widoczna jest na ekranie monitora. W pomieszczeni ochrony zlokalizowano również multiplekser nadzoru wizyjnego oraz dwa monitory. Zdarzenia z kamer (swoisty rodzaj czujek) są widoczne na obu monitorach i rejestrowane na dyskach HDD multipleksera. Tam również znajduje się pulpit sterowniczy kamer. Niewidoczny na rysunku 6 jest także zainstalowany system radiokomunikacyjny (stacjonarny i ruchomy). Rys. 6. Układ ESB dla obiektu transportowego w pełnej konfiguracji. Widocznych jest wiele czujek różnych typów [źródło: materiały własne] W tabeli 1 przedstawiono zestawienie czterech wybranych typów czujek najczęściej stosowanych do ochrony obiektów np. stacjonarnych obiektów transportowych, uwzględniając odporność lub odporności na zakłócenia zewnętrzne. 6151

8 Tabela 1 powstała w wyniku wieloletnich badań autorów ESB, w których zastosowano wybrane różne typy czujek. Badania były prowadzone świadomie w trudnych warunkach eksploatacyjnych (zima i lato) do jakich należy zaliczyć ruchome i stacjonarne obiekty transportowe. Brano również pod uwagę zakłócenia radioelektryczne jakie powstają w wyniku pracy nadajników oraz zakłóceń trakcyjnych. Tab. 1. Porównanie czujek [źródło: materiały własne] Lp Zakłócenia środowiskowe i inne zakłócenia ultradźwięki Wpływ zakłóceń na działanie czujek przestrzennych (wybranych) pasywna podczerwień mikrofale czujki dualne 1 drgania nieznaczny bardzo mały może być dominujący nieznaczny 2 wpływ zmian temp. na zasięg nieznaczny dostrzegalny 3 wpływ wilgotności na zasięg dostrzegalny 4 tylko jeżeli są duże metalowe powierzchnie bardzo może być dobrze w polu widzenia mały dominujący wypolerowane 5 6 redukcja zasięgu przez dywany ruch podnoszonych drzwi np. garażu 7 małe zwierzęta max do 20kG ruch wody w plastykowych rynnach oraz rurach kanalizacyjnych hałas uszkodzonych zaworów ruch za szybami lub cienkimi ścianami 11 przeciągi, ruch powietrza słońce, światła samochodów, inne refleksy światła szumy i hałasy ultradźwiękowe dostrzegalny małych odległościach bardzo mały małych odległościach może być dominujący małych odległościach może wystąpić przy małych odległościach istnieje przy dużym gradiencie temp. bardzo rzadki 14 Grzejniki i ich typy bardzo rzadki urządzenia ruchome, wentylatory, maszyny wirujące zakłócenia radiowe i zakłócenia w sieci energetycznej. Trakcja istnieje przy bardzo dużym gradiencie temperatury może być istotny istnieje przy dużym natężeniu 17 zakłócenia radarowe 18 zmiana pola widzenia (np. przestawienie mebli, ścian, itp.) bardzo mały dużym natężeniu bardzo rzadki (elektronika czujki) dużym natężeniu dużym natężeniu bardzo mały dużym natężeniu rzadki (elektronika czujki) bardzo rzadki bardzo rzadki 6152

9 WNIOSKI Przedstawione dane o czujkach ESB zawierają tylko informacje dotyczące Systemów Sygnalizacji Włamania i Napadu. Jak wspomniano w części wstępnej to jedynie cząstka informacji o czujkach. Ze względu na obszerność tematyki nie przedstawiono informacji o dużej ilości czujek pożarowych, Kontroli Dostępu, czujek stosowanych w ruchomych środkach transportowych i monitoringu wizyjnym. Warto również wspomnieć o integracji ESB. Namiastką jest układ przedstawiony na rysunku 6. Brak jest informacji o ogromnej liczbie czujek, które są stosowane w Systemach Inteligentnych (poza bezpieczeństwem). Do nich należy: nadzór nad oświetleniem, ogrzewaniem, energetyką, ogrodem, oświetleniem itp. To potężne wyzwanie. Każdy z przytoczonych systemów wymaga odpowiednich czujek, o których w niniejszym artykule nie wspomniano. Nasuwają się jednak wnioski a mianowicie: projektowane ESB w obiektach transportowych muszą być poprzedzone głęboką analizą zagrożeń, dobrany sprzęt dot. ESB musi odbywać się z zachowaniem dużej staranności oraz wiedzy w zakresie systemów bezpieczeństwa, nie zawsze niska cena ESB a w tym czujki to dobry pomysł, szczególnie w przetargach, dobór czujek w systemie ESB to podstawa bezpieczeństwa ludzi i obiektów szczególnie transportowych. analiza czujek dotyczyła tylko SSWiN a rzeczywiście ilość czujek w innych pozostałych ESB jest ogromna. Streszczenie W artykule zostały przedstawione wybrane aspekty stosowania czujek ESB przeznaczonych dla obiektów transportowych. Zostały przedstawione tylko czujki stosowane w Systemach Sygnalizacji Włamania i Napadu i przeznaczone do ochrony obiektów trudnych logistycznie. Do takich należą obiekty transportowe. Przedstawiony został rzeczywisty obiekt transportowy średniej wielkości, w którym zastosowano wszystkie możliwe ESB oraz dokonano syntetycznego opisu. The use of ESB sensors supervised by computers designed for transport - selected aspects Abstract The selected aspects of the use of ESB sensors for transport facilities are presented in this article. Under consideration are only those sensors used in intrusion and hold-up systems and designed to protect object logically difficult i.e. transport facilities. The real transport facility of medium size with all types of ESB is described in a synthetic way. BIBLIOGRAFIA 1. Instrukcje techniczne firm oraz czujki tych firm: SATEL, DSC, RISCO, JABLOTRON, BOSCH, NA-DE, OPTEX, CROW, GALAXY, ELMES, Texecom, PARADOX, AAT, Schrack-Seconet Polska, SIEMENS, DOM POLSKA, GDE, ACO. 2. PN-EN : Systemy alarmowe - Systemy sygnalizacji włamania i napadu - Część 1: Wymagania systemowe. 3. PN-EN : Systemy alarmowe - Systemy sygnalizacji włamania i napadu - Część 2-2: sygnalizacji włamania - Pasywne czujki podczerwieni. 4. PN-EN : Systemy alarmowe - Systemy sygnalizacji włamania i napadu - Część 2-3: Wymagania dotyczące czujek mikrofalowych. 5. PN-EN : Systemy alarmowe - Systemy sygnalizacji włamania i napadu - Część 2-4: Wymagania dotyczące dualnych czujek pasywnych podczerwieni i mikrofalowych. 6. PN-EN : Systemy alarmowe - Systemy sygnalizacji włamania i napadu - Część 2-5: Wymagania dotyczące dualnych czujek pasywnych podczerwieni i ultradźwiękowych. 6153

10 7. PN-EN : Systemy alarmowe - Systemy sygnalizacji włamania i napadu - Część 2-6: stykowe (magnetyczne). 8. PN-IEC : Systemy alarmowe - Włamaniowe systemy alarmowe - Wymagania i badania pasywnych czujek stłuczenia szyby. 9. Rosiński A., Rozproszone systemy sygnalizacji włamania i napadu w bazach logistycznych. Czasopismo Logistyka nr 2/2010, wyd. Instytut Logistyki i Magazynowania, Poznań Rosiński A., Możliwości stosowania czujek magistralowych w bazach logistycznych. Czasopismo Logistyka nr 4/2012, wyd. Instytut Logistyki i Magazynowania, Poznań Szulc W., Rosiński A., Wybrane zagadnienia z miernictwa i elektroniki dla informatyków (część I analogowa). Oficyna Wydawnicza WSM, Warszawa Szulc W., Rosiński A., Systemy sygnalizacji włamania. Część 1 Konfiguracje central alarmowych. Zabezpieczenia Nr 2(66)/2009, wyd. AAT, Warszawa Szulc W., Rosiński A., Systemy sygnalizacji włamania. Część 2 Linie dozorowe. Zabezpieczenia Nr 3(67)/2009, wyd. AAT, Warszawa Szulc W., Rosiński A., Systemy sygnalizacji włamania. Część 3 Magistrale transmisyjne i metody transmisji danych. Zabezpieczenia Nr 4(68)/2009, wyd. AAT, Warszawa Szulc W., Rosiński A., Systemy sygnalizacji włamania. Część 4 Linie wyjściowe. Zabezpieczenia Nr 5(69)/2009, wyd. AAT, Warszawa Szulc W., Rosiński A., Badania własne wykonane w Laboratoriach Miernictwa i Elektroniki, w Wyższej Szkole Menedżerskiej w Warszawie na Wydziale Informatyki Stosowanej i Technik Bezpieczeństwa, Warszawa Szulc W., Rosiński A., Badania własne wykonane w Laboratoriach Systemów Alarmowych w Wyższej Szkole Menedżerskiej w Warszawie na Wydziale Informatyki Stosowanej i Technik Bezpieczeństwa, Warszawa