Koncepcja stanowiska badawczo dydaktycznego do badań wielowiązkowej bariery aktywnej IR

Transkrypt

1 SZULC Waldemar 1 CHMIEL Jerzy 2 ROSIŃSKI Adam 3 Koncepcja stanowiska badawczo dydaktycznego do badań wielowiązkowej bariery aktywnej IR WSTĘP Aktywne czujki podczerwieni IR (często nazywane barierami podczerwieni) to urządzenia stosowane najczęściej jako zewnętrzne choć również stosowane są do zabezpieczania wewnętrznego [10,12,17]. Składają się one z dwóch części: nadawczej i odbiorczej [4]. Nadajnik emituje promieniowanie podczerwone, które normalnie jest odbierane przez odbiornik. Pojedynczy nadajnik i odbiornik stanowią tzw. tor podczerwieni. Kilka takich torów urządzeń (zestawów) ustawionych w jednej linii tworzy tzw. barierę. Zasięgi działania barier zewnętrznych wynoszą od 25 m do ponad 1 km. Aktywne bariery podczerwieni należą do najbardziej odpornych na zakłócenia. Niestety wadą jest, że są to urządzenia kosztowne. W artykule przedstawiono autorską koncepcję stanowiska badawczo dydaktycznego przeznaczonego do badań aktywnych barier podczerwieni. 1. ZASADA DZIAŁANIA AKTYWNYCH CZUJEK PODCZERWIENI Aktywne czujki podczerwieni to urządzenia składające się z nadajnika podczerwieni i odbiornika podczerwieni. Rys. 1 przedstawia w najprostszy sposób zasadę pracy tych urządzeń. Aktywne tory (bariery) podczerwieni składają się z nadajnika (1) emitującego dwie (lub więcej) wiązki promieniowania podczerwieni oraz odbiornika (2), który może być umieszczony od nadajnika w określonej odległości, zależnie od modelu toru. 1 2 Rys. 1. Zasada pracy aktywnych barier podczerwieni [opracowanie własne] Sygnał alarmu powstaje przy jednoczesnym przerwaniu obu wiązek, przy czym prędkość wtargnięcia w strefę chronioną i minimalny czas jej naruszenia są regulowane. Przy przerwaniu tylko jednej z wiązek np.: przez przelatującego ptaka, alarm nie jest wyzwolony. Na rys. 2. przedstawiono naruszenie bariery aktywnej podczerwieni (przecięcie obu wiązek). 1 2 Rys. 2. Zasada pracy aktywnych barier podczerwieni (naruszenie obu wiązek i wywołanie alarmu) [opracowanie własne] Nasuwa się pytanie: Jaką długość fali elektromagnetycznej wybrano z widma promieniowania, która zawiera podczerwień użytą w systemach barier aktywnych? Ilustruje to rys. 3, który przedstawia tzw. elektromagnetyczne spectrum. 1 Wyższa Szkoła Menedżerska w Warszawie, Wydział Menedżerski i Nauk Technicznych; Warszawa; ul. Kawęczyńska 36. Tel.: , waldemar.szulc@mac.edu.pl 2 Politechnika Warszawska Wydział Transportu; Warszawa; ul. Koszykowa 75.Tel.: , jhc@wt.pw.edu.pl 3 Wojskowa Akademia Techniczna Wydział Elektroniki; Warszawa; ul. gen. S. Kaliskiego 2. Tel.: , adam.rosinski@wat.edu.pl 1538

2 Rys. 3. Elektromagnetyczne spektrum i wybór fal podczerwieni dla aktywnych barier podczerwieni [opracowanie własne] Dobrana długość fali, ze spektrum elektromagnetycznego, to = 0,75 m 2,5 m (używa się również specjalnych filtrów zewnętrznych zarówno w nadajnikach jak i odbiornikach). Aby uniemożliwić zakłócanie wiązki (lub wiązek) za pomocą np.: reflektorów lub latarki ze światłem podczerwonym, stosuje się również synchroniczną modulację impulsową zarówno nadajnika jak i odbiornika podczerwieni. Zmniejsza to do minimum możliwość ingerencji osób postronnych. Emitowana przez nadajnik fala podczerwieni jest modulowana w ściśle określony sposób (może być ustawiony tzn. współczynnik wypełnienia przekroju prostokątnego a także częstotliwości f) [14,15]. Na rys. 4 przedstawiono modulację impulsową ciągłego przebiegu światła (podczerwonego). Rys. 4. Modulacja impulsowa światła podczerwonego [opracowanie własne] Jeżeli (przykładowo) przyjąć, że t 1 = t 2, podczerwonego wynosi: T - okres [s] f m - częstotliwość [Hz] a T = t 1 + t 2 to częstotliwość modulacji światła f 1 m T (1) zaś tzw. współczynnik wypełnienia to: 1539

3 t 1 T (2) Z powyższych rozważań wynika, że częstotliwość fali oraz współczynnika wypełnienia (zależność 2) mogą być regulowane i dobierane indywidualnie dla zestawów aktywnych barier (nadajnik - odbiornik) w pojedynczych konfiguracjach lub ustawione identycznie dla kilku zestawów barier wchodzących w system wielostopniowy (np. bariery aktywne IR wielowiązkowe). 2. ZASADA STOSOWANIA AKTYWNYCH CZUJEK PODCZERWIENI W OBIEKTACH BUDOWLANYCH Aktywne bariery podczerwieni mogą być montowane na zewnątrz obiektu (np.: dużych halach, ścianach okien, w wielkich domach towarowych) jak i od wewnątrz np. w ościeżnicach drzwi. Są montowane szczególnie tam, gdzie zasięg czujek pasywnych jest niewystarczający. Mogą być one montowane na zewnątrz szczególnie, gdzie konieczna jest zewnętrzna ochrona obiektu (np.: obiekty specjalne, lotniska oraz tworzenie barier aktywnych zewnętrznych od zewnętrznej strony obiektu i na pewnych wysokościach). Stosując czujki aktywne podczerwieni o zasięgach od kilkunastu metrów do m można je łączyć w całe bariery ochronne na odległość nawet 1,5 2,0 km. Można również tworzyć bariery pionowe o dużych wysokościach. Aktywne bariery podczerwieni mogą być stosowane także jako urządzenia wewnętrzne. Jednak ze względu na wysoki koszt tych urządzeń, należy je instalować bardzo rozważnie oraz starannie i tak [16,18]: nadajnik bariery i odbiornik bariery muszą się widzieć ; montaż nadajnika bariery i odbiornika bariery musi być staranny; nadajnik bariery i odbiornik bariery muszą tworzyć jedną płaszczyznę; musi być przestrzegany max. zasięg nadajnika, tak aby była możliwość odbioru zakłócenia alarmowego; nadajnik bariery i odbiornik bariery muszą być instalowane tak, aby ich osie były równoległe; na linii nadajnik-odbiornik (barier) nie mogą rosnąć drzewa ani nie mogą się znajdować inne obiekty; odbiornik bariery nie może być montowany pod światło np.: słoneczne; nadajnik i odbiornik muszą być montowane w trudno dostępnych miejscach; kable zasilające bariery i dozorowe muszą być ukryte i niedostępne; unikać montowania nadajnika i odbiornika (nawet jeśli są w stosunku do siebie VIS a VIS) gdy w okolicy znajduje się np.: powierzchnia lustrzana, tafla szklana lub inna przeszkoda mogąca odbijać promienie IR w sposób niekontrolowany; w obiektach trudnych należy montować nadajnik bariery i odbiornik bariery o min. dwóch wiązkach (przecięcie równocześnie dwóch wiązek powoduje alarm); nadajnik bariery i odbiornik bariery nie mogą ulegać drganiom i wibracjom; za nadajnikiem bariery lub odbiornikiem bariery nie powinno zostawiać się wolnej przestrzeni; unikać montowania nadajnika bariery i odbiornika bariery w sposób umożliwiający krzyżowanie promieni IR (w przypadku zgodnych faz promieniowania może nastąpić tzw. interferencja i wzbudzenie alarmu); nadajnik bariery i odbiornik bariery patrząc na siebie muszą być zasilane oraz musi być komunikacja za pośrednictwem promieni IR (w przeciwnym wypadku nastąpi alarm); zbyt blisko znajdujące się przewody energetyczne (min. odległość pomiędzy linią dozorującą a linią energetyczną to 30 cm). 3. BADANIA LABORATORYJNE AKTYWNEJ BARIERY PODCZERWIENI Aktywna wielowiązkowa bariera podczerwieni (prod. SATEL typu ACTIVA-7 badana jako przykład) jest urządzeniem fotoelektrycznym [2,3]. Składa się ona z nadajnika i odbiornika, które tworzą współpracującą ze sobą parę elementów (rys. 5). Nadajnik nadaje wiązki podczerwieni (długość emitowanej fali = 950 nm), które są odbierane przez odbiornik. Wiązki te są kodowane, tak więc oświetlanie odbiornika z innego źródła podczerwieni zostanie zinterpretowane jako naruszenie 1540

4 wiązki [1,6]. Aktywna bariera podczerwieni typu ACTIVA-7 posiada siedem wiązek, zaś długość listew bariery wynosi 184 cm. Bariera może być konfigurowana ręcznie lub przy pomocy komputera z zainstalowanym programem ACTIVA. Program ACTIVA służy do programowania aktywnych barier podczerwieni (rys. 6) [8]. Dzięki niemu możliwa jest zaawansowana konfiguracja bariery, znacznie przekraczająca opcje konfiguracji ręcznej. Bariera komunikuje się z komputerem poprzez port RS-232. Możliwe są następujące ustawienia wiązek (dla każdej z osobna): konfiguracja czułości wiązek, automatyczna blokada wiązki po zaprogramowanej liczbie jej naruszeń, trwałe wyłączenie wiązek, konfiguracji liczby wiązek, których naruszenie wywoła alarm, pamięć blokad. Ponadto okno diagnostyki obrazuje stan: listwy nadajnika, listwy odbiornika, wiązek, styku sabotażowego oraz wartość napięcia zasilania na zaciskach bariery. Na rys. 5 przedstawiono przykładowa aktywną barierę podczerwieni o 7 wiązkach zainstalowaną w ościeżnicy drzwi w Laboratorium Systemów Alarmowych [11]. Rys. 5. Widok części stanowiska laboratoryjnego badawczo-dydaktycznego zaprojektowanego i zamocowanego w ościeżnicy drzwi z wykorzystaniem wielowiązkowej aktywnej bariery podczerwieni IR (przykładowa bariera firmy SATEL typu ACTIVA-7) [opracowanie własne] Na rys. 6 przedstawiono uproszczony schemat współpracy aktywnej bariery podczerwieni zamontowanej w obiekcie rzeczywistym i jej współpracy z nadzorującym komputerem po RS-232 [9,13]. 1541

5 Rys. 6. Schemat blokowy (uproszczony) stanowiska laboratoryjnego z wykorzystaniem aktywnej bariery podczerwieni IR Firmy SATEL typu ACTIVA-7 [opracowanie własne] Wyjście NC (normalnie otwarte) z odbiornika aktywnej bariery podczerwieni jest podłączone kablem 4x0,5 z wejściem centrali alarmowej [5,7]. Na rys. 7 przedstawiono zrzut z ekranu komputera, który nadzoruje aktywna barierę podczerwieni pracującą bez naruszenia wiązek. Na rys. 8 przedstawiono aktywną barierę podczerwieni, w której naruszono wszystkie wiązki. Warto również nadmienić, że program ACTIVIA umożliwia programowe wyłączanie wiązek. Program umożliwia także regulację czułości poszczególnych wiązek. Rys. 7. Aktywna bariera podczerwieni (typuactiva-7) - brak naruszenia wiązek [opracowanie własne] 1542

6 Rys. 8. Aktywna bariera podczerwieni typu ACTIVA-7 - naruszone wszystkie wiązki [opracowanie własne] Wykorzystując laboratoryjne stanowisko badawczo - dydaktyczne i komputer z programem ACTIVA można dokonać następujących badań i pomiarów: dokonać obserwacji działania aktywnej bariery podczerwieni, można określić wpływ liczby naruszonych wiązek (opcja konfiguracyjna: alarmowanie) na stan zestyków alarmowych bariery, można określić wpływ czułości wiązki na możliwość wykrycia poruszającego się człowieka, który przecina wiązki, można określić wpływ autoblokady na stan zestyków alarmowych bariery z uwzględnieniem czasu zliczania autoblokowania, można określić wpływ zasłonięcia wszystkich wiązek na stan zestyków sabotażowych bariery z uwzględnieniem maksymalnego czasu zasłonięcia wszystkich wiązek, można przeprowadzić diagnostykę systemu z wykorzystaniem programu komputerowego ACTIVA: stan listy nadajnika bariery aktywnej, stan listy odbiornika bariery aktywnej stan poszczególnych wiązek aktywnej bariery podczerwieni, stan styku sabotażowego, wartość napięcia zasilania na zaciskach aktywnej bariery podczerwieni, można skonfigurować aktywną barierę podczerwieni zgodnie z wytycznymi i potrzebami obiektu. 1543

7 Rys. 9. Stanowisko laboratoryjne badawczo dydaktyczne współpracujące z aktywnymi barierami podczerwieni [opracowanie własne] Na rys. 9 została przedstawiona kolejna część stanowiska badawczo-dydaktycznego laboratoryjnego, które współpracuje z aktywną barierą podczerwieni przedstawioną na rys. 5 i 6. WNIOSKI Aktywne bariery podczerwieni realizują funkcję wynikającą z analizy sygnału, który emituje nadajnik i odbiera odbiornik. Montaż tych barier jest zależny od konfiguracji ochranianego obszaru i jego przeznaczenia. Mogą to być bariery aktywne zewnętrzne i wewnętrzne. Sam dobór czujek wymaga dużego doświadczenia zarówno od projektanta jak i instalatora. Niezmiernie pomocne okazały się badania laboratoryjne, które umożliwiły wygenerowanie istotnych danych dotyczących aktywnych barier podczerwieni. Bariery tego typu potrafią być kapryśne, a wadliwie dobrane oraz zainstalowane mogą wywołać spore kłopoty w trakcie eksploatacji systemu alarmowego. Problemy dotyczą sposobu montażu a więc instalacji aktywnych barier podczerwieni i zachodzących zjawisk interferencji promieni IR są bardzo istotne i będą przez autorów rozważane w dalszych badaniach. Streszczenie W artykule zaprezentowano problemy związane z Systemami Sygnalizacji Włamania i Napadu, a w szczególności z urządzeniami wchodzącymi w ich skład: czujkami a konkretnie aktywnymi wielowiązkowymi barierami podczerwieni. Przedstawiono aktywne bariery podczerwieni ze szczególnym uwzględnieniem ich budowy oraz zasady działania. Podano sposoby ich użycia w ochranianym pomieszczeniu oraz zaprezentowano przykładowe zastosowania z uwzględnieniem aspektów badania tych urządzeń. Przedstawiono również zaproponowane przez autorów stanowisko badawczo - dydaktyczne do badań wszystkich typów aktywnych barier podczerwieni, w tym barier aktywnych wielowiązkowych. Słowa kluczowe: system sygnalizacji włamania i napadu, aktywna bariera podczerwieni The concept of the research didactic stand to the test multi-beam active IR barriers Abstract The article presents the problems associated with intrusion alarm systems and in particular the devices included in their composition: detectors and specifically multi-beam active infrared barriers. There are presented active infrared barriers with particular reference to their structure and principles of operation as well given the ways how they are used in the protected space and presented examples of the application taking into account the testing of these devices. It also presents proposed by the authors the research - teaching stand for testing all types of active infrared barriers, including barriers with active multi-beam. Keywords: intruder alarm systems, active infrared barrier BIBLIOGRAFIA 1544

8 1. Dyduch J., Paś J., Rosiński A.: Podstawy eksploatacji transportowych systemów elektronicznych. Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, Radom Instrukcja instalatora aktywna bariera podczerwieni ACTIVA. 3. Instrukcja ogólna aktywna bariera podczerwieni ACTIVA. 4. Instrukcje serwisowe aktywnych czujek podczerwieni firmy: SATEL, OPTEX. 5. Norma PN-EN :2009: Systemy alarmowe Systemy sygnalizacji włamania i napadu Wymagania systemowe. 6. Paś J., Duer S.: Determination of the impact indicators of electromagnetic interferences on computer information systems. Neural Computing & Applications, 2012, DOI: /s Paś J., Rosiński A., Wiśnios M., Berczyński R.: Stanowisko badawczo-dydaktyczne Systemu Sygnalizacji Włamania i Napadu. Logistyka nr 6/ Program ACTIVA do konfigurowania aktywnych barier podczerwieni. 9. Rosiński A.: Rozproszone systemy sygnalizacji włamania i napadu w bazach logistycznych. Logistyka 2010, nr Siergiejczyk M., Rosiński A.: Systemy ochrony peryferyjnej obiektów transportowych infrastruktury krytycznej, Technika Transportu Szynowego nr 10/2013, str , Szulc W., Rosiński A.: Badania własne w Zespole Laboratoriów Systemów Alarmowych w Wyższej Szkole Menedżerskiej w Warszawie na Kierunku Informatyka, Warszawa Szulc W., Rosiński A.: Systemy monitoringu wizyjnego jako ochrona obwodowa obiektów. Monografia Ochrona przed skutkami nadzwyczajnych zagrożeń. Tom 3 pod redakcją Zygmunta Mierczyka i Romana Ostrowskiego, wydana jako monograficzna seria wydawnicza. Wojskowa Akademia Techniczna, 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.: Wybrane zagadnienia z elektroniki cyfrowej dla informatyków (część II cyfrowa). Wydawnictwo Wyższej Szkoły Menedżerskiej w Warszawie, Warszawa Szulc W., Rosiński A.: Wybrane zagadnienia z miernictwa i elektroniki dla informatyków (część I analogowa). Oficyna Wydawnicza WSM, Warszawa Szulc W.: Poradnik Instalatora Systemów Alarmowych. Centrum Kształcenia i Doskonalenia Kadr przy Polskiej Izbie Systemów Alarmowych, Warszawa Szulc W.: Rozproszony system bezpieczeństwa dla rozległego obiektu i jego zdalne zarządzanie. XXII Międzynarodowa Konferencja Naukowo Techniczna EKOMILITARIS 2008, Zakopane Szulc W.: Systemy zabezpieczeń antywłamaniowych i napadowych. Wyd. PZU, Warszawa