Энергопотребление СКУД

В области электропитания СКУД существует несколько проблем или вызовов:

1. значительное энергопотребление СКУД по сравнению с охранной и тем более пожарной сигнализацией;
2. огромные импульсные токи и индуктивный характер нагрузки;
3. питание контроллеров;
4. размещение блоков питания.

Пожиратель электроэнергии

Основной пожиратель энергии в СКУД - электрозамок. Да, с каждым годом растет энергоэффективность новых устройств, теперь уже норма ток потребления замка 100 мА, но это все еще намного больше, чем 100 мкА у пожарного датчика. С этим почти ничего нельзя поделать.

Как известно (надеюсь, сейчас известно уже всем в отрасли безопасности), замки бывают нормально запертые и нормально отпертые Наиболее популярные замки (например, электромагнитные) - нормально отпертые, то есть, если электроника СКУД или блок питания сломались, дверь будет отперта. Это безопасно (в смысле safety - люди не окажутся запертыми без еды и воды из-за сбоя техники), однако предъявляет немыслимые требования к блокам питания.

Типичное пожелание владельца объекта к системе контроля доступа - работа от аккумулятора от вечера пятницы до утра понедельника Это 64 часа. Типичный замок потребляет 0,5 А, соответственно требуется общая емкость аккумуляторов 32 Ач. На каждый замок! Фактически это означает огромный ящик с двумя немаленькими аккумуляторами по 18 Ач.

Как можно сэкономить?

1. Можно использовать более экономичные замки - с током 100 мА, но они менее прочные (допустимое усилие всего 200-300 кг) и более капризные в монтаже (их конструкция не столь проста, как у обычных магнитных, - это сдвиговые замки, или защелки). В любом случае на каждый замок необходим аккумулятор емкостью минимум 7 Ач.

2. Второй способ сэкономить - применить нормально запертые замки. Им не нужно постоянное питание, они потребляют ток только при открывании двери, а потому даже если вечером в пятницу будет отключено питание всего здания - возможно, испортится колбаса в холодильнике, но уж замки точно будут заперты все время до понедельника, когда пришедшие на работу специалисты все починят. Такие замки обеспечивают повышенную безопасность (в смысле security то есть защиту от преступников - при любом отказе электроники или блоков питания помещения останутся защищенными от посягательств нехороших людей). А с точки зрения блока питания данные замки позволяют использовать сколь угодно маленькие аккумуляторы.

Нормально запертые замки - это хорошо. Но есть одно “но”. Если вдруг что-то сломалось и аккумуляторы таки сели, как вы попадете внутрь, чтобы починить систему? Либо блоки питания должны стоять в отдельном помещении, запертом на обычный механический замок, либо необходимо иметь специальный выведенный наружу разъем, защищенный от перенапряжения, для подключения резервного аккумулятора (например, автомобильный). Правда, если сбой был не по питанию, а вышла из строя электроника (всякое ведь случается), единственное, что может вас спасти, - специальные замки (например, защелки в комплексе с механическим замком или самовзводные замки типа Commax или Cisa, в которые сразу встроен цилиндр для механического ключа). В последнем случае мы в полный рост встречаемся со второй серьезной проблемой питания СКУД.

Импульсные токи и индуктивная нагрузка

Вторая проблема электропитания СКУД - огромные импульсные токи и индуктивный характер нагрузки.

Замки типа Cisa, весьма популярные в нашей стране (и весьма надежные), в момент открытия потребляют ток более 3 А. Да, среднее потребление невелико. А когда он стоит и никто через дверь не ходит (в выходные, например), потребление нулевое. Но в момент открытия ток такой, что многие блоки питания отключатся по перегрузке (или даже в них сгорит предохранитель). Что не самое худшее!

В момент выдачи такого импульса напряжение на выходе блока питания просядет (особенно если провода не очень толстые), и этого может быть достаточно, чтобы контроллер, управляющий замком, кратковременно отключился Столь мощные импульсные помехи значительно превышают все разумные нормативы при тестировании электроники. Но и это еще не самое ужасное.

Индуктивная нагрузка - страшная вещь. Кто помнит из школьного курса физики, катушка индуктивности знаменита тем, что если попытаться в ней выключить ток, она станет сопротивляться, сама создаст сколь угодно большой выброс напряжения, которое пробьет любой выключатель. Конечно, в инструкции по монтажу замка и его контроллера обязательно указано, что необходимо подключить соответствующий защитный диод, причем подключить как можно ближе к замку. Иначе импульсные помехи при включении замка нарушат работу не только контроллера СКУД, но и обычных компьютеров во всех окрестных комнатах.

 

Противоречивые требования

Итак, к блокам питания СКУД предъявляются очень противоречивые требования. Либо от них требуется (для непрерывного питания нормально отпертых замков) огромная емкость аккумуляторов (30-40 Ач), но очень небольшой ток (не более 0,5 А), чего не бывает - блоки питания в довольно крупных корпусах для размещения таких аккумуляторов обычно рассчитаны на 3-5 А. Либо требуется (для Cisa и подобных) максимальный импульсный ток 4 А, а аккумулятор можно вообще не класть.

Впрочем, обеспечить такой ток в большинстве случаев можно только за счет аккумулятора, благо для применяемых обычно свинцовых аккумуляторов нормальным импульсным током считается 2-3 номинала (то есть для аккумулятора 7 Ач допустим ток 15-20 А). Но смотрите внимательно параметры блока питания - есть ли в нем защита от перегрузки аккумулятора, и если да, то позволит ли она выдать такой ток. Кстати, возможны проблемы, если по мере износа возрастет внутреннее сопротивление аккумулятора и он перестанет выдавать нужный ток. Вроде все в норме, а замок не открывается Это как в автомобиле - все лампочки светятся, а стартер двигатель не крутит.

Нетривиальные варианты

Нередко проектировщик СКУД задумывается, нужно ли ставить на каждый замок отдельный блок питания. Для постоянно подключенных замков рассчитать такую возможность легко. Единственная сложность будет в том, где взять и как подключить к блоку питания аккумулятор на несколько сотен амперчасов. А вот для случая импульсных замков - порой хочется сэкономить и поставить один блок на несколько замков. Вроде бы все даже будет работать, пока не совпадут одновременно несколько импульсов и блок питания не сгорит от перегрузки.

Впрочем, есть исключения. Бывают блоки питания с мягкой защитой от перегрузки - у них ограничен ток, поэтому, если одновременно будут подключены два замка, допустимый ток блока питания (скажем, 4 А) поделится пополам, каждому замку достанется по 2 А. Этого скорее всего не хватит (замки не откроются), но ничего страшного и не произойдет: просто двери не откроются - люди снова поднесут карточки к считывателям (надеюсь, у этих людей разная реакция, и они теперь уже поднесут карточки не одновременно), импульсы будут поданы на замки не одновременно, и все сработает. Так что, если блок питания способен время от времени выдержать значительную перегрузку, это вполне допустимо.

Есть и более экзотический вариант. Я встречал контроллеры СКУД, которые умели раздвигать импульсы включения замков, чтобы никогда одновременно не включать более одного замка В таком случае также можно использовать один блок питания на 3 А для питания нескольких замков по 3 А. Впрочем, вряд ли такая система встретится в реальной жизни.

Питание контроллеров

Настоящий вызов - это питание контроллеров СКУД. Все производители контроллеров рекомендуют питать их от отдельного блока питания - не от того, что питает замок. (Это понятно, они не могут нести ответственность за работоспособность контроллера при непредсказуемых мощных импульсных помехах по питанию.) Нередко так и приходится делать - в каждой комнате у замка свой мощный источник питания, плюс к тому один отдельный источник питания для всех контроллеров.

Ток потребления собственно контроллеров и считывателей не так уж велик, один блок питания может обеспечить десятки контроллеров. Тем не менее есть блоки питания, к которым довольно безопасно можно подключить и замок, и контроллер. Это блоки питания, у которых аккумулятор не подключен постоянно к выходу, а подключается только при пропадании сети 220 В, а в нормальном состоянии аккумулятор подзаряжается отдельным небольшим каналом питания. В данном случае следует подключать контроллер к выходу блока питания, а замок (имеется в виду замок с большим импульсным потреблением) - непосредственно к клеммам аккумулятора. Осторожно, при этом аккумулятор оказывается не защищен от короткого замыкания в линии замка, что, вообще говоря, недопустимо - ток короткого замыкания очень велик, провода будут плавиться и испаряться, возможно даже возгорание. Так что придется применять дополнительные устройства защиты (можно обычный автоматический выключатель).

Блоки питания: куда ставить?!

Наконец, непростой вопрос для проектировщика - ставить блоки питания в защищаемых помещениях или вне их. Проблема возникает в аварийной ситуации. Если ваши блоки питания с аккумуляторами на 64 часа работы стоят за дверью с электрозамком и сломалась система управления этим замком - пройдет минимум 64 часа, прежде чем вы догадаетесь отключить на вводе 220 В. Поэтому рекомендую рассчитывать срок работы аккумулятора примерно на час (заодно ящик оказывается более компактным), но в таком случае дежурный охранник обязан при сигнале неисправности пойти и запереть комнату на механический ключ. (Конечно, это возможно, только если на объекте круглосуточно присутствует дежурный охранник.).

Еще хуже, если замок нормально запертый и испортился именно блок питания в запертой на этот замок комнате (кстати, ни в коем случае не ставьте в такой ситуации блок питания с плавкими предохранителями внутри). С другой стороны, если блок питания расположен снаружи - это все равно что запереть квартиру, а ключ повесить на гвоздик рядом с дверью. Защищает исключительно от честных людей.

Иногда оптимальное решение - разместить блоки питания нескольких дверей в отдельной комнате, обеспеченной аварийным доступом с помощью механического ключа. Во все комнаты дублировать замки механическими может быть не очень удобно или не очень эстетично, а уж одну комнату на этаж обеспечить вторым замком (или даже второй дверью) и внутри выгородить шкаф с блоками питания (а лучше и с контроллерами доступа) - вполне возможно. Да, такой вариант плохо пригоден для особо мощных замков - тянуть кабели для тока 3-4 А неудобно. Да, такой вариант приводит к проблеме защиты от несанкционированного доступа кабельных линий (особенно смешно, если кабели к замкам всех комнат идут по коридору). Да, такая комната становится особенно ответственной - при проникновении в нее злоумышленник легко откроет любую другую комнату. Но зато в случае любой неисправности вы максимум сломаете дверь в эту комнату.

Аварийные режимы работы

В целом блоки питания - вспомогательный элемент СКУД. Как и для всех вспомогательных элементов, для блоков питания самыми важными оказываются не столько штатные режимы работы, сколько аварийные. Именно на них следует рассчитывать при проектировании. Это отказ внешнего питания, отказ контроллеров, обрыв, короткое замыкание линии питания.

Многие дополнительные функции блоков питания (например, самоконтроль емкости аккумулятора или автоматическое восстановление после перегрузки) также сильно облегчают эксплуатацию системы.

Помните, СКУД - единственная система, которая работает постоянно, то и дело меняет ток нагрузки на блоки питания, и притом даже кратковременный сбой в работе СКУД очень болезненно воспринимается клиентом. Экономия на блоках питания приводит к неприятным последствиям не столь быстро и не столь очевидно, как экономия на самих замках, но столь же неизбежно.

Опубликовано: Журнал “Системы безопасности” #4, 2012

Далее я хочу рассмотреть, в первую очередь, наиболее очевидную причину возможных сбоев работы СКУД - перебои электропитания. Независимо от того, связаны ли они с ремонтными работами на линии или небрежностью, перебои питания все же случаются (хотя сейчас в городах это и стало редкостью), и более того, - они могут быть организованы преступниками сознательно.

Нормативные документы диктуют требования только к обеспечению бесперебойного питания пожарной автоматики - 24 ч в дежурном режиме плюс еще 3 ч в режиме тревоги. С учетом того, что в дежурном режиме один пожарный извещатель потребляет около 1 мВт, задача их питания от аккумулятора вовсе не сложная. Совсем другое дело СКУД. Сколько времени она должна работать при аварии питания?

Ну, во-первых, если СКУД управляет пожарными выходами, на нее также распространяется требование технического регламента. Иногда пользователи налагают более жесткие требования: 54 ч (например, от вечера пятницы до утра понедельника). Для жилых помещений встречается даже требование “2 недели” -то есть на время отпуска. Но, как правило, это, скорее, относится к системе охранной сигнализации на объекте без постоянного присутствия персонала охраны. Если у вас интегрированная система, включающая в себя СКУД и ОПС, может оказаться, что проще всего обеспечить такое время работы для всей СКУД.

Минимальное практическое требование - обеспечение работы СКУД в дежурном режиме в течение времени, необходимого для прибытия аварийной бригады, а также обеспечение доступа этой бригады на объект. Далее ремонтники могут обеспечить резервное питание от мобильного бензинового генератора.

Элементы СКУД, требующие электропитания

Рассмотрим, насколько легко обеспечить длительное время работы системы контроля доступа без питания. Конечно, оборудование СКУД - это не пожарные извещатели. Тут микроамперами не обойтись.

Во-первых, считыватели. 90% современных систем основаны на бесконтактных проксимити-считывателях. Их потребление (и это стандартные считыватели, а про особо мощные сверхдальние или комбинированные даже речи нет) составляет от 0,5 до 2 Вт. Постоянно питать от аккумулятора накладно - стандартного аккумулятора на 7 Ач хватит, чтобы питать 24 часа 2-3 считывателя. Значительно экономичней считыватели Touch Memory: они практически не потребляют тока, , пока не приложена “таблетка”. Возможно решение, при котором бесконтактный считыватель в аварийном режиме включается временно, например: или после открывания внешней двери тамбура, или после набора кода на клавиатуре, или по другим признакам (в частности, после сигнала от инфракрасного пассивного датчика движения, подобно тому, как экономится электричество, отключая освещение при отсутствии движения).

Однако основными “пожирателями” батареек являются замки. Особенно самые популярные из них (дешевые, надежные, удобные) - магнитные замки. В обычном варианте - с прямым примагничиванием пластины - они требуют хотя бы 2 Вт, а некоторые и до 20 Вт постоянно. Так называемые “сдвиговые” замки (это модификация магнитного замка, которая притягивает ребристую пластину поперек направления движения двери) обычно потребляют 0,5 Вт, то есть порядок величины подобен считывателям, с той поправкой, что замок вряд ли можно перевести в спящий (экономичный) режим в отсутствие пользователей. Хотя, в принципе, это возможно: вспомните классические метротурникеты - они не расходуют энергию в ждущем режиме, пока не понадобится остановить несанкционированный проход.

Существует также ряд очень дорогих или, наоборот, очень дешевых электромеханических замков, не потребляющих энергии в режиме ожидания. Прежде всего, это дешевые защелки с самовзводом, в которых пружина взводится при захлопывании двери и освобождается коротким импульсом тока. Основной недостаток таких замков состоит в том, что после подачи импульса открывания они будут неограниченно долго стоять в незапертом состоянии, пока кто-то не откроет и затем не закроет дверь, чтобы снова взвести защелку. Некоторые модификации имеют контрольный контакт для индикации такого состояния, однако в жизни они встречаются редко - для объектов повышенной ответственности чаще применяются другие типы замков. Другой недостаток данных устройств -большая энергоемкость. Да-да, хотя в состоянии покоя они не потребляют совсем ничего, но для открывания часто такие замки требуют очень много электроэнергии (до 5 А) в течение примерно одной секунды. Таким образом, при интенсивности проходов “1 проход в минуту” средняя потребляемая мощность также достигнет 1 Вт. Конечно, если ограничиться требованием осуществить один проход, чтобы на объект вошла ремонтная бригада, то этот недостаток не столь критичен. Впрочем, ток 5 А сам по себе в любом случае требует наличия мощного источника питания, подключенного короткими толстыми проводами, что также неудобно. Однако следует отметить и некоторые достоинства большинства таких замков - это простота установки резервного механического цилиндрового механизма для открывания в случае полного обесточивания.

Еще один дешевый вариант со сходными параметрами - электромагнитная защелка, освобождающая язычок обычного замка. Такой вариант несколько удобнее предыдущего, ибо при обесточивании защелка вновь переходит в запертое состояние. Удобнее она и в монтаже -такая “ответная часть” устанавливается на раму, а не на дверь, и потому не нужно монтировать гибкий переход проводов со стены на дверь, который сам по себе снижает надежность системы. Нередко достоинством таких “защелок-откидушек” считают и возможность выбора основного замка, но это уже вопрос дизайна. С точки зрения энергетики количество джоулей на открывание составляет даже чуть меньше, чем у замков с самовзводом. Функционально этим замкам подобны старым отечественным соленоидным защелкам, отпирающим двери пока подано напряжение. Сейчас они встречаются редко ввиду очень большого энергопотребления, больших габаритов и непрезентабельного внешнего вида.

Последний тип замка с нулевым потреблением в состоянии покоя - это моторный замок, который после подачи напряжения неторопливо перемещает щеколду замка с помощью червячной передачи или резьбовой втулки. Данные замки используются довольно редко и имеют большую стоимость, однако обычно они обладают очень высокой механической прочностью и относительно невысоким энергопотреблением. Эти замки предпочтительны для особо ответственных объектов.

В целом замки с нулевым потреблением в состоянии покоя сильно облегчают проектирование бесперебойного источника питания, по крайней мере если не требуется обеспечить работу системы при активных проходах.

Человеческий фактор, или К чему приводит небрежность

Хочется отметить, что наиболее вероятные и труднопредсказуемые отказы связаны не с пропажей электропитания.

Приведу пару примеров из реальной жизни.

Пример 1. Программное обеспечение, с помощью которого конфигурировалась система контроля доступа узла связи, по умолчанию предполагала в качестве даты окончания срока действия карты 24 ч 59 мин. 31 декабря текущего года. Администратор не обратил на это внимания, стремясь скорее запустить систему в эксплуатацию, а потом забыл. Он был очень не рад, когда дежурная смена, пришедшая на работу 1 января в 6:00, не смогла войти, и его вызвали на работу срочно исправлять ситуацию.

Пример 2. Администратор отключил компьютер от системы контроля доступа, в результате протокол на контроллере переполнился в пятницу вечером, а поскольку система была настроена на работу через рабочее место на компьютере, контроллер попытался задать там вопрос: сбросить или сохранить? До воскресенья администратора системы найти не удалось, главный вход на склад был закрыт, и организация - Интернет-магазин с круглосуточной доставкой - понесла серьезные убытки.

Обратите внимание, ни одна из описанных ситуаций не связана с пропажей питания. Однако сбой питания - та нештатная ситуация, поведение в которой проще всего рассчитать и предусмотреть. Отсутствие резервного питания прямо свидетельствует о небрежности проектировщика. Тем не менее следует предусматривать и другие нештатные ситуации.

Как пережить нештатные ситуации с минимальными потерями

Главное для СКУД - обеспечить в подобных случаях доступ на объект аварийной группы. Иногда очень хорошим решением является применение нормально открытых замков (типа электромагнитных), чтобы в случае, скажем, пожара можно было обесточить всю систему и заведомо открыть все пожарные выходы. Аналогичный прием порой неявно подразумевается и при создании обычной системы. Если вы можете ее обесточить извне защищаемого помещения, даже если система “повисла” или в результате катастрофической грозы выгорел контроллер системы, вам достаточно подождать, пока сядет аккумулятор, и вы войдете в помещение. Для преступников подождать 5 часов обычно будет неприемлемой задержкой, а для хозяина помещения на крайний аварийный случай такой вариант заведомо лучше, чем вызывать слесаря и ломать двери.

Хороший вариант - использовать комбинацию механических замков и защелок или электромеханических замков с резервным цилиндровым механизмом: в таком случае при выходе системы из строя достаточно достать из сейфа комплект аварийных механических ключей. Только не забудьте, что запасные ключи надо хранить в надежном месте и обязательно вне защищаемого помещения.

Некоторые системы предусматривают возможность аварийного удаленного подключения администратора через Интернет или использования для аварийного вскрытия дублирующей системы контроля доступа. Конечно, любая возможность аварийного вскрытия открывает лазейку и для преступников, поэтому варианты резервного вскрытия должны держаться в секрете (как, впрочем, и вся информация по системе контроля доступа; например, тот факт, что провод к замку проходит сверху на расстоянии 4 см от рамы двери, может быть использован и преступниками, и самим хозяином для вскрытия двери в аварийной ситуации - стену нередко сверлить легче, чем железную дверь).

В целом, разумеется, чем более защищена ваша система от взлома, тем надежнее она должна работать, чтобы вам не пришлось ломать ее самому в случае аварии. А одним из параметров надежности является надежное гарантированное электропитание, особенностям реализации которого и была посвящена данная статья.

А.М. Омельянчук, начальник КБ компании “Сигма-ИС”
Источник: Каталог “СКУД. Антитерроризм”, 2010