安全防范系统可靠性计算

安全防范系统可靠性计算

周晓 1 胡波 2

江西省工业和信息产品监督检验院 江西省 330019

摘要：深入分析了安全防范系统的构成，并给出了安全防范系统可靠性的计算方法。

关键词：安全防范系统； 可靠性； 计算方法；

中图分类号：TP273；TP13 文献标识码：A

近年来，安全防范系统越来越受人们的重视，其应用也越来越广泛，发展也十分迅猛。由于我国这项工作起步晚，设备质量、工程设计、工程安装等方面均不够成熟，导致系统可靠性差，故障频发，造成浪费甚至形成安全隐患。如果一个安全防范系统照常出现错误、漏报或某工能失灵的情况，则其本身就不可靠，所以安全防范系统的可靠性十分重要。

1 安全防范系统的组成

任何一个智能楼宇的安全防范系统都由入侵防盗报警系统、电视监控系统、门禁系统和楼宇对讲系统等组成。这些系统相互独立又互相联动。一旦发生入侵，报警探测器立即发出声光报警并将信号送至控制主机，控制主机将信号送至电视监控系统。同时，相应的灯光打开，摄像机动作，对报警信号进行复核，并在监控中心同时进行跟踪录像，门禁系统对入市人员进行持卡核对，如果出现火警，自动开启门禁系统使楼内人员迅速疏散。因此安全防范系统本身的复杂性决定了其可靠性计算的繁琐，要掌握安全防范系统可靠性的计算首先要正确确定它的线路连接方案。

2 安全防范系统的线路连接方式

安全防范系统的连接方式主要有总线方式与分线方式两种方式。

总线方式采用共用线及地址编码技术，在同一线路上安装方式有两种构成，即树状（见图一）和环形（见图2）。总线连接方式近似串联系统。

分线方式即分线控制系统。这种系统中探测器和报警器都需2～4根线相连，如2n+1分线制系统（图3所示），其中数字2和1分别表示探测器直接连接到控制器的线数和公共线数，这种系统近似并联系统。

图1 系统数状连接 图2 系统环状连接 图3 分线制系统

上 述连接方式之所以近似于并联或串联方式，

是因为可靠性理论中的并联与串联不一定就是

物理上电路中的并联与串联。例如一个电容器和

一个电感线圈并联组成的振荡回路（见图4），

从可靠性理论角度来看，它是一个串联系统。

图4振荡电路

按照可靠性理论，串联系统的定义应是：如果系统S由N个分系统S1，S2......Sn组成，其中只要有一个失效。即当所有分系统都正常工作时，系统才能保证正常工作，这种系统称为“串联系统”。而并联系统的定义应是：如果系统S的N个分系统S1，S2,。。。。。。Sn中只要有一个分系统正常工作，系统就能正常工作。也就是说，只有当所有系统都失效时，才使系统出故障。图4所示振荡电路，其中电感和电容只要一个损坏，就不能起振荡作用，所以它是个串联系统，可靠性方框图是－L－C－或－C－L－。混合系统是指若干个串联系统或并联系统重复地再加以串联或并联，安全防范系统一般都是较复杂的混联系统。

3 安全防范系统可靠性计算方法

一般来说，系统越复杂，可靠度越低。选用平均无故障工作时间（MTBF）为C级的探测器，如果50个探测器采用总线制连接，系统的可靠度会下降至65.5%；若系统增加到70个这样的探测器，其中可靠度仅为55.41%，系统无法使用，按文献【1】规定：在正常工作条件下，入侵探测器的MTBF分别为A、B、C、D四级，各种产品的指标不应低于A级的要求。其中A、B、C、D各级MTBF分别为

MTBF（A级）：1×10³h; MTBF（B级）：5×10³h；MTBF（C级）：2×10⁴h；MTBF（D级）：6×10⁴h。

作为电子产品的入侵探测器其可靠性分布函数可用负指数规律表示为

R(t)=e^-λt. (1)

式中R(t)为可靠度分布函数，λ为故障率,t为工作时间,e为自然对数的底。

根据可靠性理论，可修复产品的MTBF为

（2）

将式（2）代入式（1）得

R（t）= （3）

将四级探测器平均无故障工作时间的指标1×10³h，5×10³h，2×10⁴h，6×10⁴h和7d（168h）的连续工作时间分别代入式（3），计算得到各级探测器的可靠度为

A级：R（168）= =84.54%, B级：R（168）= =96.70%

C级：R（168）= =99.16%，D级：R（168）= =99.72%

式中t取168h是因为劳动节、国庆节、春节连休假7d.

这是单个报警器的可靠度，而50或70个报警器是以总线制方式连接的系统相当于一个串联系统，串联系统的可靠度为各设置可靠度之积^[2],即

根据式（4），50个和70个总线制连接C级报警器的可靠度分别为

=65.5%,

=55.41%.

由上述计算可知，总线制连接的探测器数量越大可靠度越大。所以，安全防范系统中很多情况下采用分线制并联连接方式。并联系统的可靠度与各设备可靠关系为

.

很明显，其中 .因此 为百分之几， 越大则
越小，那么R就会增大。也就是说，对并联系统来说，无论是热备份系统还是冷备份系统，备份系统越大可靠度越高。在入侵报警工程中，为了增加系统的可靠性，大量运用了系统并联方式。如既有周界防范和区域防范，又有目标防范的多重防范系统，可能还会再加上电视监控系统和门禁系统等这便是典型的热备份系统。而主机备份、录像机备份、备用电源、敷设线路备份则是典型的冷备份系统。安全防范系统中，规定中心控制室应有有线和无线两种通信方式，这也是一种热备份思想的设计方式。

实际的安全防范工程大多数是一种串并联混合的系统。如图5所示，为一典型的柜圆制系统^[3].

其中，摄像系统是互为并联方式其可靠度为

（ 5）

声音监听系统互为并联方式，其可靠度为

图5 柜圆制系统

（6）

紧急按钮系统互为串联方式，其可靠度为

（7）

因此，整个本系统的可靠度为

（8）

将式（5）、（6）、（7）代入式（8）即可算出整个系统的可靠度。

4 结束语

要确定提高安全防范系统的可靠度，首先，应多采用并联系统进行设计安装。其次，使用更高级别可信度的设备。此外，施工质量也是一个很重要的因素，包括线路、传输设备、连接器的可靠度等。因此，安全防范系统是一个高度的“人一机”系统，同时，管理者和使用者的素质也直接影响系统的可靠度。

参考文献：

[1]GB 10408.1-1989,入侵探测通用技术条件[S].

[2]陈邵宪，曾纪科。可靠性技术入门[M].广州:广东科技出版社,1979.

[3]殷德军.安全技术防范原理、设备与工程系统[M].北京：电子工业出版社，2001.