System automatyki i sterowania :: Systemy bezpieczeństwa

System automatyki i sterowania

Istnieje kilka "profesjonalnych" systemów sterowania tzw. "inteligentnym budynkiem" - takich jak KNX (dawniej EIB), LonWorks, BACnet (trochę więcej na temat poszczególnych standardów w interfejsy elektroniki). Jednak w chwili obecnej nie można powiedzieć że któryś z nich jest "prawdziwym" standardem (takim jak np. w sieciach komputerowych jest ethernet); sytuacja taka z jednej strony pozostawia sporą dowolność przy projektowaniu "swojego" systemu, z drugiej wymaga zwrócenia uwagi na możliwość współpracy "naszego" systemu z różnorakimi standardami - w szczególności wspomnianym już Ethernetem (TCP/IP) oraz popularnym standardem protokołu komunikacyjnego typu RS-* (komputerowy RS-232 lub przemysłowe RS-485 i podobne). Warto zwrócić także uwagę na współpracę z wartymi uwagi otwartymi protokołami komunikacji sterowników takimi jak wspomniany BACnet czy KNX. W bardziej rozbudowanych systemach zachodzi często potrzeba zapewnienia współpracy pomiędzy różnymi standardami sieci przemysłowych - idealną platformą wydaje się tutaj Ethernet wraz z protokołem IP, który został stworzony do łączenia różnych sieci.

Osobiście mam dość sceptyczne podejście do systemów komunikacji wykorzystujących kable energetyczne i nie przemawia do mnie argument że ułatwiają one montaż automatyki w istniejącej instalacji - jestem zwolennikiem rozwiązań kompleksowych (pełnej modernizacji instalacji elektrycznej oraz instalacji teleinformatycznych i teletechnicznych). Preferuję gwieździste prowadzenie dedykowanych linii punkt-punkt pomiędzy każdym ze sterowników a punktem dystrybucyjnym (także w stosunku co do interfejsów tego nie wymagających np. RS-485, gdyż takie rozwiązanie przy rozsądnym doborze przewodu umożliwia łatwa zmianę standardu komunikacji z danym sterownikiem), a nawet stosowanie gwiazdy wobec instalacji elektrycznej co umożliwia montowanie większości aparatury systemów automatyki w punkcie dystrybucyjnym. Bardzo dobrym i elastycznym rozwiązaniem okablowania sterującego jest Ethernet (wraz z TCP/IP), jest to rozwiązanie bardzo elastyczne i wszechstronne (od komunikacji z sterownikiem oświetlenia do przesyłu obrazów z kamer przemysłowych) niestety również w chwili obecnej dość kosztowne (zwłaszcza przy aplikowaniu go w układy własnej produkcji).

Układ taki (gwiazda) składnia do stosowania wyróżnionego centralnego mastera lub centralnego mastera i zespołu "pod masterów" umieszczanych w niżej położonych w hierarchii węzłach drzewa. Funkcję centralnego mastera powinien pełnić komputer typu PC najlepiej z jakimś linuxem/*bsd (stabilność takich systemów jest na prawdę na tyle duża że nie należy zbytnio martwić się o zawieszenia, ale zawsze można zdublować mastera - mogłyby się nawet wzajemnie pilnować), daje to bardzo dużą elastyczność - system cechuje się dużymi zdolnościami rekonfiguracyjnymi, możemy łatwo korzystać z zdalnego sterowania systemem przez Internet (np. przez protokół HTTPs wraz z autoryzacją HTTP lub SSH). Rolę "pod masterów" mogą pełnić systemy oparte na mikrokontrolerach np. AVR lub ARM (najlepiej z interfejsem ethernetowym), również w oparciu o mikrokontrolery realizowane mogą być układy wykonawcze/sterujące (im do komunikacji z "submasterem" wystarczy interfejs typu RS-485). Rozwiązanie takie jest analogiczne do stosowanych w sieciach IP (które wykazywały się już swoją elastycznością i odpornością w różnych sytuacjach) gdzie każdy host może komunikować się niezależnie z innym, ale są urządzenia i hosty pełniące specjalną funkcję - switche / routery umożliwiające komunikację jakiejś podgrupie hostów oraz serwery usług (np. DNS), a bezpieczeństwo na wypadek awarii zapewnia się poprzez dublowanie tych systemów (zapasowy serwer DNS czy też awaryjne łącze zewnętrzne). Układy wykonawcze powinny mieć także lokalne obwody sterujące (przyciskowe), oczywiście z zachowaniem możliwości współpracy poprzez mastera z oddalonymi układami sterowania (zespołami przyciskowymi czy też panelami operatorskimi).

Okablowanie od urządzeń automatyki i bezpieczeństwa powinno być terminowane w punkcie dystrybucyjnym gniazdami RJ-45. Każde gniazdo na panelu krosowym odpowiada pojedyńczemu urządzeniu (max dwóm identycznym urządzeniom) i zawiera wszystkie sygnały danego urządzenia (w tym oba bieguny zasilania).

Zobacz także projekty związane z automatyką domową, monitoringiem systemów.

Zobacz w Sieci: Inteligentny dom zarządzany przez sterownik PLC, zegaruzkopia lokalna, DomNet, EIB, Serwery portów szeregowych, Ethernet przemysłowy, 110 block, Keystone module.

Systemy bezpieczeństwa

Do kategorii systemów bezpieczeństwa zalicza się systemy:

Przy planowaniu tego typu systemów kluczową kwestią jest rozmieszczenie czujników, kamer, klawiatur sterujących itp. Bardzo istotną kwestią jest także zapewnienie współpracy tych systemów ze sobą i pozostałymi systemami obiektu oraz zapewnienie możliwości ich monitoringu (a także w pewnym stopniu odpowiednio zabezpieczonego sterowania) z użyciem sieci teleinformatycznej IP i ustandaryzowanych, otwartych protokołów.

Najprościej jest w przypadku systemu kontroli dostępu - punkty rozmieszczenia czytników, klawiatur, elektrozaczepów do zamków czy też zwór magnetycznych określa położenie drzwi prowadzących do poszczególnych stref i wyznaczenie samych tych stref.

W przypadku systemów alarmowych sytuacja jest nieco trudniejsza, ale nie jest to jeszcze tak wielkim problemem. Czujki systemu antywłamaniowego takie jak czujniki ruchu (PIR - reagujące na zmiany promieniowania podczerwonego w obserwowanym obszarze (ruch obiektów emitujących ciepło), mikrofalowe - działające na zasadzie efektu doplera, itp.) umieszcza się tak aby monitorowały w miarę możliwości całe pomieszczenie, a przynajmniej wejścia (nie należy zapominać o oknach itp). Warto system wzbogacić o możliwość kontrolowania otwarcia okien i drzwi (kontaktrony, zmieniające położenie styków w przypadku otwarcia drzwi), a także bardziej specjalistyczne zabezpieczenia jak bariery podczerwieni (reagujące na przerwanie wiązki), czujniki akustyczne (np. reagujące na dźwięki tłuczonego szkła), nacisku podłoża czy też drgań bądź zmiany ciśnienia w pomieszczeniu (związanej z otwarciem dostępu do niego). Detektory systemu przeciwpożarowego, takie jak czujki dymu (zarówno standardowe czujki optyczne, jak i czujki zasysające przystosowane do pracy w pomieszczeniach z systemami wentylacyjnymi, a także posiadające większą czułość od konwencjonalnych), czujki termiczne, itp montuje się w taki sposób aby pokrywały odpowiednio gęsto cały obiekt, z kolei w miejscach narażonych na występowanie niebezpiecznych gazów (metan, butan, propan, tlenek węgla itp) stosuje się stosowne detektory gazów. W obu wypadkach stosowane są także ręczne powiadamiacze - napadów lub pożarowe i odpowiednie urządzenia sygnalizacyjne (akustyczne i świetlne). System przeciwwłamaniowy zawsze posiada także manipulatory (klawiatury) służące do jego uzbrajania i rozbrajania.

Wśród czujek można wyróżnić dwa podstawowe typy pod względem komunikacji z centralą - czujniki nieadresowalne (czujnik przełącza zestyki w przypadku detekcji) oraz czujniki adresowalne (czujnik komunikuje się cyfrowo z centralą identyfikując się i zgłaszając alarm). Zaletą drugiego rozwiązania jest łatwa identyfikacja z której czujki pochodzi alarm, wadą niekompatybilność protokołów komunikacyjnych i często objęcie ich tajemnicą, z kolei w pierwszym przypadku problem ten nie występuje, ale identyfikowalność czujki wymaga rozbudowanego okablowania (gwiazda, którą i tak polecam ...) i centrali z wieloma wejściami.

Od strony logicznej racjonalne mogą wydawać się dwa podejścia - rozproszenie inteligencji w urządzeniach do takiego stopnia aby czujniki mogły bezpośrednio komunikować się po szyfrowanym IP z centralą (gwiaździsta struktura), albo stosowanie zwykłych (nie inteligentnych czujników) i podcentralek (obsługujących dane pomieszczenie) zapewniających szyfrowaną komunikację IP z centralą (struktura drzewa).

Najbardziej skomplikowana sytuacja ma miejsce w przypadku systemów telewizji przemysłowej (CCTV) - nie ma praktycznej możliwości pokrycia tak aby móc nieprzerwanie rejestrować z dobrą jakość każdy fragment obiektu, dlatego też konieczne jest określenie rejestracją czego (jakich miejsc) jesteśmy zainteresowani. Kolejnymi pytaniami na które należy udzielić odpowiedzi przed zaprojektowaniem systemu CCTV jest czy system ma być sterowany (możliwość zdalnego poruszania kamerą oraz robienia zbliżeń) oraz czy chcemy rejestrować w sposób ciągły czy tylko gdy wystąpiło zdarzenie (detekcja ruchu na kamerze lub zadziałanie czujnika). System sterowany ma większe możliwości przy śledzeniu obiektów, często jest bardziej funkcjonalny przy prowadzeniu monitoringu "na żywo", natomiast gorzej wypada w rejestracji zwłaszcza samodzielnej - bez udziału operatora (z kamery obrotowej uzyskamy mniej informacji niż z dwóch dobrze rozmieszczonych kamer stacjonarnych). Dlatego też warto dobrze zastanowić się czy naprawdę potrzebujemy systemu sterowanego (koszt aparatury sterowniczej do jednej kamery odpowiada kosztowi 1 do 3 dodatkowych kamer), oczywiście są sytuacje gdzie system sterowany jest w zasadzie niezbędny - np. policyjny monitoring miast. Można także (co często jest najlepszym wyjściem) zdecydować się np. na system nie sterowalny wzbogacony kilkoma kamerami sterowalnymi (tam gdzie jest to niezbędne). W miejscach gdzie jakość (zwłaszcza kolorowego - wierność oddania kolorów) nie jest sprawą kluczową można stosować kamerki CMOS, w pozostałych (zwłaszcza tam gdzie zależy nam na dobrej pracy kamer noc/dzień i wiernej kolorystyce) polecam stosować kamery CCD. Szczególną uwagę warto zwrócić na wygodne w stosowaniu zintegrowane kamery noc/dzień zawierające w jednej hermetycznej obudowie także oświetlacz podczerwieni, a niekiedy także obiektyw z regulowaną ogniskową.

Współcześnie dzięki powszechności kamer typu noc/dzień (które przy dobrym oświetleniu działają jak kolorowe, przy słabszym działają jak czarno-białe i mogą rejestrować w podczerwieni) nie wystepuje już problem wyboru pomiędzy systemem kolorowym a czarnobiałym. Innym zagadnieniem jest rejestracja - w dzisiejszych czasach w praktyce już wyłącznie cyfrowa, natomiast problem wiąże się z miejscem digitalizacji: w kamerze (sieciowe kamery IP, rozwiązanie kosztowne, ale widać znaczący postęp w dostępności profesjonalnych kamer IP), w centrali monitoringu (rozwiązanie kłopotliwe przy większych systemach ze względu na okablowanie), w rozproszonym systemie rejestratorów / serwerów wideo umieszczonych w poszczególnych punktach dystrybucyjnych połączonych dedykowaną siecią komputerową (w chwili obecnej nadal chyba najlepsze rozwiązanie).

Zagadnienie punktu w którym dokonujemy digitalizacji obrazu z CCTV (kamery IP czy serwer z kartą framegrabbera/DVR) można porównać do sytuacji w systemach alarmowych - można by inwestować w budowę drogich czujek komunikujących się cyfrowo (np. po Ethernet+IP lub po RS485), ale bardziej racjonalne wydaje się zastosowanie prostych czujek przesyłających analogowo podstawową informację (ew. cyfrowych termometrów 1wire, gdyż ich koszt nie jest porażający) oraz zaawansowaną centralę której oprócz transmisji sygnałów w sposób cyfrowy (IP over Ethernet, RS485) możemy powierzyć inne zadania. Dość interesującym pomysłem wydaje się być zbudowanie takiej centralki w oparciu o dedykowaną kartę / interfejs szeregowy z optoizolowanymi wejściami, na bazie serwera przechwytującego wideo. Kolejną związaną z rejestracją kwestią jest czy opierać ją na autonomicznych rejestratorach/serwerach wideo, czy wykorzystać do tego celu platformę PC z specjalnymi kartami - pierwsze rozwiązanie wymaga mniejszych nakładów konfiguracyjnych, drugie - (porównywalne cenowo, niekiedy tańsze) jest bardziej elastyczne (jak wspomniałem ten sam komputer może nadzorować daną strefę systemu alarmowego, można bez większych trudności dublować systemy czy wprowadzać systemy zapasowe). Oczywiście w pewnych sytuacjach warto się pokusić o digitalizację bezpośrednio w kamerze, a także bezpośrednio w czujce (adresowalnej, najlepiej komunikującej się w jakimś powszechnie znanym protokole - jak RS485 czy Ethernet). Rozwiązanie takie ma sens głównie gdy chcemy podnieść bezpieczeństwo poprzez zastosowanie szyfrowania i cyfrowego podpisywania przesyłanych komunikatów, na przykład z wykorzystaniem mechanizmów PGP.

Zaletami cyfrowych systemów monitoringu (zwłaszcza z wczesną digitalizacją) obok łatwiejszej integracji z innymi systemami, łatwiejszej realizacji technik inteligentnych jest możliwość szyfrowania transmisji i stosowania kamer megapixelowe (ich rozdzielczość jest przydatna przy identyfikacji osób, istotne jest także większe pole obserwacji z jednej kamery, co umożliwia ograniczenie liczby kamer w systemie). Systemy takie umożliwiają także niezależność obserwacji od rejestracji (w tym ukrywania przed operatorem fragmentów/kamer przy jednoczesnej rejestracji tych obrazów), ponadto pozwalają na zastosowanie technik cyfrowego przetwarzania obrazów - wspomnianych już technik inteligentnego monitoringu, ale także filtracji celem poprawy jakości obrazu lub uwydatnienia szczegółów, kompresji umożliwiającej wydajniejszą transmisję i składowanie.

Dobra kamera IP powinna charakteryzować się:

Warte zainteresowania wydają się także "inteligentne systemy monitoringu" w których to oprogramowanie jest odpowiedzialne za automatyczną detekcję zagrożeń takich jak naruszenie stref bezpieczeństwa (wykrywanie w nich ruchu lub obecności), wykrywanie zostawione bądź zabranego przedmiotu. Systemy takie mogą posłużyć także do śledzenia (obserwacji trajektorii) i identyfikacji obiektów oraz do wykrywania zachowań podejrzanych (panika, bójka, gromadzenie się tłumu, ...) czy też przesunięcia kamery. Głównym problemem w takich systemach jest dobra eliminacja tła oraz wydzielenie obiektów z obrazu.

Również nie małe pole zastosowań w systemach nadzoru i kontroli dostępu znajdują techniki biometryczne takie jak identyfikacja na podstawie odcisków palców, geometrii dłoni (niekiedy także układu żył) czy też rozpoznawania siatkówki lub tęczówki oka. Istotnym aspektem w technikach biometrycznych jest test żywotności, który ma zabezpieczyć system przed oszukaniem go poprzez podstawienie zdjęcia, kopi silikonowej lub odciętej części organizmu. Do identyfikacji może służyć także geometria twarzy (niekiedy także ogólna geometria budowy ciała) - w zasadzie tylko te metody umożliwiają identyfikację bez współpracy rozpoznawanej osoby z zastosowaniem systemu CCTV.

Istotnym elementem systemów bezpieczeństwa są instalacje gaszenia - zarówno tradycyjne instalacje tryskaczowe, jak i przeznaczone głównie do pomiesczeń z sprzętem elektronicznym, rodzielni, itp systemy gaszenia gazowego. Wsród systemów tryskaczowych wyróżnia się instalacje suche (napełniane wodą dopiero po wykryciu pożaru, tylko takie mogą być stosowane w pomieszczeniach, w których występują ujemne temperatury) i instalacje mokre - cały czas nawodnione, a zaczynające działać dopiero po termicznym (lub znacznie rzadziej elektrycznym - z systemu detekcji pożaru) zniczeniu kapsułki blokującej wypływ wody przez dyszę. Typowe systemy wodne ze względu na duże ilości wypuszczanej wody (aczkolwiek scena znana z filmów że naskutek alarmu pożarowego wszystkie tryskacze w biurowcu urchamiają się jednoszczęnie jest fikcją - typowo działa tylko dysza która osiągneła temperaturę zadziałania) nie nadają się do stosowania w serwerowniach, rozdzielniach elektrycznych itp.
Wsórd systemów gazowych wyróżnia się instalacje oparte o gazy chemiczne i instalacje oparte o gazy obojętne. Zaletą gazów chemicznych typu Novec 1230, FM-200 (w stosunku co do gazów obojętnych - azotu, argonu, CO2 i ich miesznin) jest stosunkowo niewielka ilość butli, wymaganych przez system oraz nie wypieranie tlenu (brak problemów z oddychaniem, charakterystycznych głównie dla CO2), ich wadą jest duży koszt gazu oraz potencjalne ryzyko jego rozkłądu termicznego. Instalacje gaszenia gazowego wymagają odpowiedniej szczelności pomieszczenia i klap odciążających (umożliwienie wydstania nadmiaru powietrza i redukcji nadcisnienia powstałego na skutek uwolnienia gazu). Interesujące są także systemu utrzymujące stale obniżony poziom tlenu w pomieszczeniu (działają na zasadzie dopuszczania azotu) i uniemożliwiające w ten sposób spalanie płomieniowe typowych substancji. Podobnie jak systemy gazowe wymagają one szczelności pomieszczenia (w odróżnieniu od nich cały czas, a nie tylko w trakcie akcji gaśniczej).
Jeżeli pomieszczenie które chemy zabezpieczać musi być intensywnie wentylowane (np. pomieszczenia silników spalinowych), a także w niektórych wypadkach dla serwerowni itp. pomieszczeń ciekawą alternatywą dla wyżej opisanych systemów są systemy mgły wodnej wytwarzanej w oparciu o wodę destylowaną - charaktryzyją się małą ilością wody potrzebną do gaszenia, a więc małymi stratami po pożarowymi (w porównaniu z tradycyjnymi tryskaczam p.poż.) i mogą być używane do zabezpieczania urządzeń elektrycznych.

Zachęcam także do zapoznania się z projektami centralki alarmowej, manipulatora do systemu alarmowego oraz stroboskopu LED mojego autorstwa. Zobacz też galerie zdjęć związanych z systemami alarmowymi oraz CCTV.

Zobacz w Sieci: Systemy alarmowe i bezpieczeństwa: Elektronika - drzwi i okna, Fire alarms, Security cameras, system aktywnego zapobiegania pożarom - OxyReduct®, INERGEN® SYSTEM GAŚNICZY, Stałe urządzenia gaśnicze gazowe cz.1, Stałe urządzenia gaśnicze gazowe cz.2, Stałe urządzenia gaśnicze gazowe cz.3, Czy dwutlenek węgla jako środek gaśniczy powinien odejść do lamusa?, Klimatyzacja w pomieszczeniach zabezpieczanych gazami gaśniczymi.



Copyright (c) 1999-2015, Robert Paciorek (http://www.opcode.eu.org/), BSD/MIT-type license


Redystrybucja wersji źródłowych i wynikowych, po lub bez dokonywania modyfikacji JEST DOZWOLONA, pod warunkiem zachowania niniejszej informacji o prawach autorskich. Autor NIE ponosi JAKIEJKOLWIEK odpowiedzialności za skutki użytkowania tego dokumentu/programu oraz za wykorzystanie zawartych tu informacji.

This text/program is free document/software. Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification, ARE PERMITTED provided save this copyright notice. This document/program is distributed WITHOUT any warranty, use at YOUR own risk.

Valid XHTML 1.1 Dokument ten (URL: http://www.opcode.eu.org/installations/monitoring_and_security) należy do serwisu OpCode. Autorem tej strony jest Robert Paciorek, wszelkie uwagi proszę kierować na adres e-mail serwisu: webmaster@opcode.eu.org.
Data ostatniej modyfikacji artykulu: '2015-10-10 11:34:39 (UTC)' (data ta może być zafałszowana niemerytorycznymi modyfikacjami artykułu).