Pobierz
najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Systemy sygnalizacji włamania (cz. 1)

Printer Friendly and PDF

lead.jpgSystemy alarmowe sygnalizacji włamania zawierają najczęściej następujące części składowe: centralę alarmową, jedną lub więcej czujek, jeden lub więcej sygnalizatorów i (lub) systemów transmisji alarmu, jeden lub więcej zasilaczy. Połączenia pomiędzy elementami systemu powinny spełniać określone wymagania, a zarazem muszą także zawierać się w dopuszczalnych parametrach, określonych przez producenta. Ogólnie można je podzielić na połączenia przewodowe i bezprzewodowe.

W cyklu artykułów dotyczących systemów sygnalizacji włamania autorzy przybliżą podstawową wiedzę z zakresu:

  • konfiguracji central alarmowych,
  • linii dozorowych,
  • magistral transmisyjnych,
  • linii wyjściowych.

Wiedza ta opiera się na wieloletnim doświadczeniu autorów, zdobytym podczas badań i pomiarów prowadzonych przez autorów w Politechnice Warszawskiej, Wojskowej Akademii Technicznej (tu – w zakresie eksploatacji systemów alarmowych) oraz na Wydziale Informatyki Stosowanej w Wyższej Szkole Menedżerskiej w Warszawie, gdzie powstała specjalność Bezpieczeństwo Obiektów i Informacji. Na łamach Zabezpieczeń autorzy publikowali już dane dotyczące konfiguracji i analizy systemów alarmowych w aspekcie wskaźników niezawodnościowo-eksploatacyjnych – tzw. wskaźników gotowości (Zabezpieczenia nr 1 (47)/2006, nr 4 (56)/2007).

W niniejszym artykule, stanowiącym pierwszą część cyklu, będą opisane zagadnienia związane z konfiguracjami central alarmowych stosowanych w systemach sygnalizacji włamania, a w następnych – dotyczące analizy linii dozorowych (ich typów i konfiguracji), magistral transmisyjnych z uwzględnieniem przekazu informacji z zastosowaniem formatów transmisji RS232 i RS485 oraz linii wyjściowych.

Nazewnictwo stosowane w normach polskich i europejskich

Norma europejska EN 50131-1:2006 „Alarm systems – Intrusion and hold-up systems – Part 1: System requirements”, która ma jednocześnie status Polskiej Normy PN-EN 50131-1:2007 „Systemy alarmowe – Systemy sygnalizacji włamania i napadu – Wymagania systemowe”, zawiera wykaz definicji i skrótów, które następnie są stosowane w kolejnych rozdziałach tej normy. Wśród nich są m.in. następujące definicje:

  • system alarmowy (ang. alarm system) – instalacja elektryczna, która odpowiada na ręczne lub automatyczne wykrycie obecności zagrożenia,
  • urządzenie sterujące i obrazujące (ang. control and indicating equipment) – urządzenie do odbierania, przetwarzania, sterowania, obrazowania oraz transmitowania informacji.

W poprzednio obowiązującej normie europejskiej EN 50131-1:1997 „Alarm systems. Intrusion systems. General requirements”, która miała jednocześnie status Polskiej Normy PN-EN-50131-1 „Systemy alarmowe. Systemy sygnalizacji włamania. Wymagania ogólne”, przyjęto, że dla określenia urządzenia sterującego i obrazującego będzie stosowany termin „centrala alarmowa”. Należy sądzić, iż większość projektantów, instalatorów i konserwatorów nadal stosuje ten termin (wynika to m.in. z natury ludzkiej – przyzwyczajenia). Dlatego też w niniejszym artykule autorzy będą stosowali termin „centrala alarmowa” z pełną świadomością, że nie jest to zgodne z obecnie obowiązującą normą (należy wyraźnie podkreślić, że projekty elektronicznych systemów bezpieczeństwa powinny być realizowane zgodnie z obowiązującymi normami).

Centrale alarmowe są wyspecjalizowanymi urządzeniami, których zadaniem jest:

  • odbieranie sygnałów informacyjnych (analogowych i/ lub cyfrowych) od poszczególnych urządzeń,
  • przetwarzanie sygnałów informacyjnych zgodnie z wcześniej zaprogramowanymi ustawieniami (instalatora i/lub producenta),
  • sterowanie poprzez podanie odpowiednich sygnałów wyjściowych,
  • obrazowanie zaistniałych zdarzeń na odpowiednich urządzeniach wchodzących w skład systemu sygnalizacji włamania,
  • transmisja informacji do innych systemów, np. alarmowego centrum odbiorczego (w skrócie ARC, ang. alarm receiving centre).

Z powyższego wynika, iż systemy sygnalizacji włamania wchodzą w skład systemu sygnalizacji zagrożeń, który można zdefiniować następująco:

System sygnalizacji zagrożeń to zespół środków technicznych i zasad taktycznych mających na celu zapewnienie bezpieczeństwa określonemu obiektowi lub zespołowi obiektów (człowiek i/lub mienie) w przestrzeni i zachowanie jego substancji.

Zadaniem systemu sygnalizacji zagrożeń jest wykrywanie i sygnalizowanie warunków wskazujących na istnienie niebezpieczeństwa. W stanie alarmowym, powstałym w wyniku wykrycia niebezpieczeństwa, system wytwarza sygnał alarmowy. Sygnał alarmu może wystąpić bezpośrednio w dozorowanym obiekcie (najczęściej jest to sygnał akustyczno-optyczny), ale może też być przesłany do alarmowego centrum odbiorczego (i jest to obecnie najczęstszy przypadek). Sygnał alarmu może być przesłany drogą radiową, telefoniczną albo obiema drogami jednocześnie.

Norma PN-EN 50131-1:2007 „Systemy alarmowe – Systemy sygnalizacji włamania i napadu – Wymagania systemowe” określa stopnie ryzyka, którym odpowiadają klasy zabezpieczenia oferowane przez poszczególne systemy sygnalizacji włamania. Wyróżniono cztery stopnie:

  • stopień 1: ryzyko niskie (zakłada się, że intruz ma minimalną wiedzę na temat systemu alarmowego i posiada ograniczoną liczbę łatwo dostępnych narzędzi),
  • stopień 2: ryzyko niskie do średniego (zakłada się, że intruz ma minimalną wiedzę na temat systemu alarmowego i posiada ogólnodostępne narzędzia oraz przenośne urządzenia, np. multimetr),
  • stopień 3: ryzyko średnie do wysokiego (zakłada się, że intruz zna biegle system alarmowy i posiada złożony zestaw zaawansowanych narzędzi i przenośnego sprzętu elektronicznego),
  • stopień 4: ryzyko wysokie (ma zastosowanie, gdy bezpieczeństwo ma priorytet nad wszystkimi innymi czynnikami; zakłada się, że intruz posiada zdolności bądź środki, by szczegółowo zaplanować włamanie, a także posiada zestaw dowolnego sprzętu, łącznie ze środkami do zastąpienia kluczowych elementów elektronicznego systemu alarmowego).

Uwarunkowania projektowe

Określenie klasy zabezpieczenia, jaką system sygnalizacji włamania ma spełniać, jest jednym z pierwszych kroków podczas projektowania systemu sygnalizacji zagrożeń. Następnie dokonuje się wyboru urządzeń, które spełniają założone wymagania. Oczywiście norma nie podaje, jakie elementy muszą być zastosowane. Z tego też m.in. względu spotyka się różne rozwiązania konstrukcyjne central alarmowych. Mogą one spełniać wymagania określonej klasy zabezpieczenia, ale zarazem różnić się między sobą.

Centrala alarmowa stanowi „serce” systemu sygnalizacji włamania. Do niej przesyłane są informacje o stanie poszczególnych linii dozorowych (a więc o stanie czujek) i linii wyjściowych (np. dotyczące obciążenia wyjść) oraz wprowadzane są dane (przez użytkownika lub konserwatora systemu, a wcześniej – podczas instalacji systemu – przez instalatora). W zależności od typu centrali alarmowej informacje mogą być przesyłane bezpośrednio do płyty głównej centrali alarmowej lub też do modułów realizujących określone funkcje (np. rozszerzeń wejść, rozszerzeń wyjść, interfejsów drukarek itd.). Obecnie przesyłanie informacji pomiędzy centralą alarmową a poszczególnymi modułami odbywa się najczęściej cyfrowo, z zastosowaniem formatu transmisji RS232, RS485 lub innego (bardzo często jest on opracowany przez producenta urządzeń). Istnieją też rozwiązania systemów sygnalizacji włamania, w których magistrale transmisyjne mogą łączyć:

  • kilka central alarmowych ze sobą (pracują one wówczas w tzw. pierścieniu),
  • elementy układu sterowania (np. klawiatury sterujące),
  • centrale alarmowe z centrum nadzorowania, zarządzania i administrowania zintegrowanym systemem bezpieczeństwa.

Należy tutaj nadmienić, iż większość stosowanych jeszcze kilka lat temu rozwiązań wykorzystywała połączenia przewodowe. Obecnie bardzo wiele rozwiązań oferowanych na rynku umożliwia wykorzystanie transmisji bezprzewodowej, np. typu on-line. W praktyce spotykane są częściej systemy mieszane, a więc takie, w których transmisja sygnałów odbywa się zarówno drogą przewodową, jak i radiową. Różne konfiguracje systemów sygnalizacji włamania, które zostaną przedstawione w niniejszym artykule, będą omówione z uwzględnieniem komunikacji pomiędzy centralą alarmową a pozostałymi urządzeniami tworzącymi system, a więc pomiędzy:

  • centralą alarmową a czujkami,
  • centralą alarmową a urządzeniami wyjściowymi (np. sygnalizatorami),
  • centralą alarmową a modułami,
  • centralami alarmowymi.

Podział central alarmowych i ich konfiguracje

Centrale alarmowe systemów sygnalizacji włamania można ogólnie podzielić na:

  • centrale alarmowe analogowe,
  • centrale alarmowe cyfrowe,
  • centrale alarmowe analogowo-cyfrowe (podział przejściowy).
rys1.gif
Rys. 1. Podział central alarmowych

Obecnie najczęściej spotykane centrale alarmowe to mikroprocesorowe centrale cyfrowe. System sygnalizacji włamania może mieć strukturę zwartą (skupioną), tzn. taką, w której należy doprowadzić wszystkie linie dozorowe i linie wyjściowe (sygnalizacyjne oraz monitorujące) wprost do płyty głównej centrali alarmowej. Zostało to przedstawione na rys. 2. Centrale tego typu stosowane są w małych obiektach (np. mieszkaniach, małych biurach), które wymagają kilkunastu linii dozorowych (przeważnie nie więcej niż 16).

rys2.gif
Rys. 2. System sygnalizacji włamania o strukturze zwartej (skupionej)

Systemy sygnalizacji włamania typu mieszanego posiadają określoną liczbę linii dozorowych wprowadzanych do centrali. Mają także możliwość współpracy z innymi centralami poprzez łącza RS232 lub RS485, a także z podcentralami lub modułami za pośrednictwem magistrali transmisyjnej. Na rys. 3 przedstawiono system sygnalizacji włamania w wersji mieszanej. Stosuje się go w obiektach, które wymagają dużej liczby linii dozorowych (przeważnie powyżej 16).

rys3.gif
Rys. 3. System sygnalizacji włamania o strukturze mieszanej

Na rys. 4 przedstawiono system sygnalizacji włamania o strukturze rozproszonej. Centrala jest połączona z modułami za pośrednictwem magistrali transmisyjnej. Do modułów doprowadzone są linie dozorowe i linie wyjściowe. Tego typu systemy są rzadko spotykane, ponieważ większość oferowanych na rynku central alarmowych ma na płycie głównej możliwość dołączenia linii dozorowych i są one z reguły wykorzystywane.

rys4.gif
Rys. 4. System sygnalizacji włamania o strukturze rozproszonej

Analizując poszczególne typy systemów sygnalizacji włamania, można zauważyć zasadnicze różnice w ich konfiguracji. Na rys. 2 przedstawiono proste rozwiązanie, w którym linie dozorowe są doprowadzane wprost na listwę łączeniową płyty głównej. Zwykle liczba linii dozorowych wynosi od czterech do maks. 64. Linie dozorowe mogą być dwuprzewodowe, np. w przypadku czujek kontaktronowych (magnetycznych) lub przycisków napadowych biernych (bez zasilania), czteroprzewodowe lub sześcioprzewodowe. Szczegóły dotyczące linii dozorowych różnych typów zostaną omówione w kolejnym artykule niniejszego cyklu. Maksymalne odległości pomiędzy czujkami a płytą główną centrali alarmowej podaje zwykle producent centrali, ale nie powinny one być większe niż 100 m. Oczywiście dopuszczalne długości linii dozorowych można obliczyć, stosując podstawowe prawa elektrotechniki dla prądu stałego. Nieco inaczej wygląda problem w przypadku adresowalnych linii dozorowych. Przebiegi prostokątne, reprezentujące informacje przesyłane pomiędzy czujką a wejściem do modułu lub centrali, podlegają pewnym zniekształceniom (m.in. ze względu na parametry falowe linii dozorowej, w tym przypadku transmisyjnej), a obliczenia nie są proste.

Na rys. 3 przedstawiono rozwiązanie systemu sygnalizacji włamania w konfiguracji mieszanej. Zwykle kilka linii dozorowych (od czterech do 16) jest doprowadzanych wprost do listwy łączeniowej płyty głównej centrali alarmowej. Zazwyczaj linie te nie są zbyt długie (od kilku do kilkudziesięciu metrów) i łączą czujki usytuowane blisko centrali alarmowej. Pozostałe czujki dołączone są do modułów rozszerzeń wejść, przeważnie o ośmiu wejściach. Linie wyjściowe w tym systemie mogą być dołączone do wyjść płyty głównej lub do modułu rozszerzeń wyjść (najczęściej czterowyjściowego). Jeśli jest to moduł podcentrali, to ma on zwykle do ośmiu wejść linii dozorowych i osiem wyjść.

Na rys. 4 przedstawiono rozwiązanie systemu sygnalizacji włamania w konfiguracji rozproszonej. Linie dozorowe i linie wyjściowe dołączone są do modułów rozszerzających wejścia i wyjścia lub podcentral. Analizując rys. 4, można stwierdzić, że moduły są dołączone do płyty głównej za pośrednictwem magistrali transmisyjnej (zwykle czteroprzewodowej) o długości od kilkunastu metrów do 1300 m. Znane są przypadki długości magistral transmisyjnych sięgających nawet 2500 m przy formacie transmisji RS485 (dla znacznie spowolnionej prędkości transmisji dwukierunkowej). Systemy transmisji szeregowej RS232C, RS232D, RS232A, RS422A i RS485 zostaną szczegółowo opisane w jednym z kolejnych artykułów niniejszego cyklu.

Do bardzo interesujących rozwiązań konfiguracji systemów sygnalizacji włamania należała grupa central, które mogły pracować jako systemy skupione z własną klawiaturą matrycową. Można powiedzieć, że były to pojedyncze systemy, niezależne i autonomiczne. Centrale te dało się w prosty sposób łączyć w duże systemy (nawet do 4096 linii dozorowych). Każdą z tych central należało wyposażyć w moduł RS232. Cały system mógł pracować w tzw. pętli zamkniętej. Wszystkie centrale były kontrolowane systemowo, a ich stan był przedstawiany na ekranie komputera. Warto o tym wspomnieć, ponieważ był to system polski (obecnie już nieprodukowany) – RANKOR. Na rys. 5 przedstawiono zespół różnych central w wersji skupionej, które w wyniku integracji utworzyły system sygnalizacji włamania o strukturze rozproszonej. Każda z central ma niezależną klawiaturę (nie są one przedstawione na rysunku) i została wyposażona w kartę RS232, która umożliwiła połączenie central w duży system alarmowy (na rys. 5 jest to połączenie oznaczone jako „RS232/2”). Poprzez magistralę transmisyjną RS232/1 centrala nr 4 łączy się ze sterownikiem tablicy synoptycznej. Wszystkie bloki systemu alarmowego, a więc centrale o numerach od 1 do 4 oraz sterownik tablicy synoptycznej, są połączone magistralami transmisyjnymi RS232 z przyłącznicą RS232/2, a ta z komputerem nadzorującym pracę całego systemu sygnalizacji włamania. Warto nadmienić, że w skład tego zintegrowanego systemu wchodzą jednostki o różnych wielkościach, a więc o różnej liczbie linii dozorowych (od 18, poprzez 40, do 64 linii dozorowych) oraz o 40 strefach, jakimi dysponuje każda z central. Centrale RANKOR to jedne z nielicznych central, które można łączyć w duże systemy sygnalizacji włamania. Ważną cechą takich systemów jest możliwość decentralizacji wszystkich central wchodzących w ich skład.

rys5.gif
Rys. 5. System sygnalizacji włamania o strukturze rozproszonej, powstały w wyniku integracji czterech central skupionych o różnych wielkościach (od 18 do 64 wejść)

Istotnym problemem, związanym z systemem przedstawionym na rys. 5, była konieczność zachowania wyjątkowej staranności podczas instalacji – zarówno linii dozorowych, jak i magistral transmisyjnych (te ostatnie były optoelektronicznie izolowane od pozostałej części układu) – gdyż system ten był szczególnie wrażliwy na nieprzestrzeganie zasad związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną. Rozwiązanie zaprezentowane na rys. 5 autorzy świadomie przedstawili jako niezmiernie ciekawe. Pozwalało ono na konfigurację systemu sygnalizacji włamania w wersji zdecentralizowanej w praktycznie dowolny sposób. Na rys. 6 przedstawiono konfigurację systemu sygnalizacji włamania o strukturze mieszanej, w którym zastosowano bezprzewodowe linie dozorowe. Systemy bezprzewodowe stają się ostatnio coraz bardziej popularne ze względu na stosunkowo łatwy montaż. Mogą one pracować m.in. na częstotliwości 433,92 MHz ze specjalnym systemem cyfrowej modulacji. Są to systemy, których linie dozorowe są łączami radiowymi typu on-line o zasięgach ok. 100 m w otwartej przestrzeni. Jeśli jednak ściany obiektu zawierają pręty zbrojeniowe lub metalowe siatki ochronne, pojawiają się kłopoty. Należy bezwzględnie przestrzegać odległości pomiędzy czujkami (bezprzewodowymi) a modułami radiowymi z uwzględnieniem poziomu sygnału radiowego pomiędzy modułem a czujką. Systemy bezprzewodowe nie zawsze mogą więc być stosowane w obiektach specjalnego znaczenia (choćby z powyższych względów).

Przedstawiony na rys. 6 system sygnalizacji włamania stanowi układ mieszany. Część elementów podłączonych do linii dozorowych (np. czujka PIR, czujka magnetyczna, sygnalizator zewnętrzny, sterownik bezprzewodowy) jest połączona drogą radiową ze specjalnym modułem urządzeń bezprzewodowych. Moduł ten jest połączony z płytą główną centrali alarmowej za pośrednictwem przewodowej magistrali transmisyjnej. Pozostała część czujek jest dołączona do płyty głównej za pośrednictwem klasycznych przewodowych linii dozorowych. Całość systemu sygnalizacji włamania jest programowana i nadzorowana przez komputer za pośrednictwem magistrali z zastosowaniem RS232. Warto nadmienić, że ze względu na warunki propagacyjne radiowych linii dozorowych koniecznością staje się przeprowadzanie pomiaru poziomu sygnału radiowego za pomocą specjalnego testera (pokazanego na rysunku).

rys6.gif
Rys. 6. System sygnalizacji włamania o strukturze mieszanej z zastosowaniem urządzeń bezprzewodowych

Podsumowanie

Niniejszy artykuł dotyczy głównie różnych konfiguracji central alarmowych systemów sygnalizacji włamania. Autorzy zdają sobie sprawę, że przedstawiony materiał obejmuje jedynie niewielki fragment wiedzy na temat projektowania i instalacji tych systemów. Złożoność konfiguracyjna różnych typów central alarmowych, występowanie szkodliwych zakłóceń radioelektrycznych, a więc brak kompatybilności elektromagnetycznej, wadliwość instalacyjna systemów alarmowych oraz nieprzestrzeganie elementarnych przepisów projektowania i montażu pociągają za sobą różne, często kłopotliwe podczas eksploatacji skutki.

doc. dr inż. Waldemar Szulc
Wyższa Szkoła Menedżerska w Warszawie (Wydział Informatyki Stosowanej, Zakład Bezpieczeństwa Obiektów i Informacji)
Wojskowa Akademia Techniczna Wydział Elektroniki)

dr inż. Adam Rosiński
Wyższa Szkoła Menedżerska w Warszawie (Wydział Informatyki Stosowanej, Zakład Bezpieczeństwa Obiektów i Informacji)

Bibliografia

  1. Haykin S., Systemy telekomunikacyjne, tom I i II, WKiŁ, Warszawa 2004.
  2. Instrukcje serwisowe firm AAT i SATEL oraz dotyczące central GALAXY i RANKOR.
  3. Kula S., Systemy teletransmisyjne, WKiŁ, Warszawa 2004.
  4. Nawrocki W., Komputerowe systemy pomiarowe, WKiŁ, Warszawa 2006.
  5. Norma: PN-EN 50131-1.
  6. Szulc W., Rosiński A., Analiza niezawodnościowa złożonego systemu bezpieczeństwa dla obiektu o specjalnym przeznaczeniu, Zabezpieczenia nr 4 (56)/2007, wyd. AAT, Warszawa 2007.
  7. Szulc W., Rosiński A., Problemy eksploatacyjno-niezawodnościowe rozproszonego systemu bezpieczeństwa, Zabezpieczenia nr 1 (47)/2006, wyd. AAT, Warszawa 2006.
  8. Szulc W., Rosiński A., prace własne, WSM, Warszawa 2006–2008.
  9. Szulc W., Rosiński A., Wybrane zagadnienia z miernictwa i elektroniki dla informatyków (część I – analogowa), Oficyna Wydawnicza WSM, Warszawa 2008.

Zabezpieczenia 2/2009

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony