浅谈火灾探测技术和火灾报警主机的发展.doc

浅谈火灾探测技术和火灾报警主机的发展一、火灾探测技术的发展复合探测器的探测性能是不可置疑的，但在过去由于其体积庞大、造价昂贵、可靠性差等原因，一直不能得到有效地应用。然而近几年来，微电子技术的高速发展，低功耗、超强功能CPU芯片的使用，以及平面贴装工艺的采用，使得复合探测器的研制、应用越来越具有吸引力了。如光电、离子、温度三复合探测器，实际上是一个包含时间因素在内的四维探测器。它不是简单的三种传感器的“与”组合，而是三种燃烧曲线，某种科学算法的智能判断，几乎可以使误报率为0。当然误报原因有操作过失，环境湿度、温度变化，空气中灰尘污染，废气污染，探头变脏，以至系统故障等。根据分析，复合探测器还可以使火灾报警时间大大提前。这种复合探测器本身带有微处理器CPU，对各种传感器采集到的信号进行记录、处理，或进行模糊推理或与典型的火灾信号进行类比，做出正确的判断（也可以是初步判断）。经过软件赋址，送到探测二总线回路上去。随着传感器技术、微处理器技术和信号处理技术的飞速发展，复合火灾探测已经成为火灾自动探测技术的发展方向。目前复合火灾探测器主要有光电感烟和感温复合、离子感烟和感温等形式。采用复合探测方法的主要目的是使探测器能够均匀探测各种类型的火灾，特别是散射光烟雾探测器通过温度补偿，克服了其对带温升的黑烟不敏感的缺点，有力地推动了光电烟雾探测器的应用。但是光电烟温复合探测器对低温升的黑色烟雾响应较差，离子感烟由于其存在放射性污染的可能性而越来越难以被市场接受，而且不论是光电还是离子感烟方法，本质上还是粒子探测，各种灰尘、水气和油雾等粒子干扰同样会对它们产生影响，尽管可以采用信号处理的方法抑制这些干扰，但很难做到完全消除，因此需要寻找能够更加有效探测火灾和减少误报的新的火灾探测方法。有关研究人员通过研究各种火灾的CO浓度含量与检测方法，提出能够处理CO信号的复合火灾探测算法，研制成功了一氧化碳、光电感烟和感温三复合火灾探测器，它采用低功耗的金属氧化物CO传感器、散射光烟雾探测和半导体温度传感技术，利用微处理器对信号进行复合火灾探测算法处理。绝大多数火灾都要产生一氧化碳（CO）气体，在燃烧不充分的火灾早期更是这样，而且CO气体比空气轻，扩散性比烟雾更强，因此将CO传感器引人火灾探测，构成复合火灾探测器是一种比较理想的早期火灾探测方法。 除此之外，近年来还出现了图像式和空气采样式火灾探测器，为我们进行火灾探测提供了新的技术手段和思路。图像式探测器通过摄像采集监控区域的光辐射图像，然后通过图像识别技术判断火灾的发生，具有较强的识别和抗干扰能力。空气采样式探测器则通过对空气粒子的采集，分析特定粒径粒子的浓度来判断火灾的发生，大大提高了探测器的灵敏度，特别是为解决早期火灾预报提供了新的方法。二、火灾自动报警系统的智能化的发展 （一）开关量火灾自动报警系统我国，火灾自动报警系统在消防工程中已得到广泛应用，火灾自动报警技术也有了很大的发展。从发展过程来看，大体可分为以下几个阶段。第一阶段，多线制开关量火灾自动报警系统，目前国内除极少数厂家生产外，基本上处于被淘汰的状态。第二阶段，总线制可寻址开关量火灾自动报警系统，其线制一般有四线制、三线制、二线制。尤其是二线制可寻址开关量火灾自动报警系统目前被大量使用。开关量方式火灾自动报警系统对火灾的判断依据，仅仅是根据某种火灾探测器探测的参数是否达到某一设定值（阈值）来确定是否报警，只要探测的参数超过其自身的设定值就发出报警信号，这一判别工作是在火灾探测器内由硬件电路来实现的。由于现场情况差别较大，较难建立一个合适的阈值，因此该方式的火灾自动报警系统对现场发生的情况无法做出正确判断而产生误报现象，以至于存在误报率高等难以克服的缺点。无论是感烟探测器还是感温探测器或火焰探测器，探测器采集的数据或信息都不可避免地受到不确定的环境因素的影响。因为火灾是一种复杂的物理、化学过程，物质燃烧时，有烟、光、热等效应，是一个随机性很强的多变量函数。例如：烟雾的浓度和温度常常受到各种气流的干扰，感光类型的探测器也要受到各种杂光的扰动。同时，随着时间的推移探测器的老化或探头上积累的灰尘会使信号的基准点漂移或者灵敏度发生变化，这对于探测器得到的信号来讲同样属于一种干扰。这些干扰有些可以进行近似补偿，但是有些干扰具有非线性或不确定性，很难进行补偿，这为火灾的识别造成了很大的难度，也是传统火灾自动报警系统无法解决的。但是人工智能和识别技术在火灾判别中的应用为我们提供了有效的方法，比如神经网络、模糊识别等先进技术可以通过对连续探测得到的信息进行复杂的处理，可以很准确地判断火灾的发生。智能火灾识别技术的应用要求探测器能够连续检测监控区域的火灾参数，传统的开关量探测器不能胜任该工作，必须采用模拟量的探测器。所以，模拟量探测器的采用是实现智能火灾监控的前提。 （二）模拟量火灾自动报警系统大约从20世纪80年代开始，随着模拟量火灾探测器的出现和火灾识别技术的应用，火灾自动报警系统的发展进人第三阶段，出现了二线制可寻址模拟量火灾自动报警系统，使得火灾探测器本身可以不去判定火警，只是将电流、电压变化信号通过编码电路和总线传送给主机，而将所有判断过程放在报警控制器中，由报警控制器实现数据记忆、存储、计算、分析和统计处理，根据其速率变化等因素判断该信号是火灾信号还是干扰信号，并对温度、湿度和灰尘等外界非火灾因素的变化实施自动补偿，对电干扰及线路分布参数的影响进行自动处理。一旦超出补偿范围，即在报警控制器显示屏上指出探测器的具体地址，提示用户对该探测器进行清洗和维修保养，可根据现场的不同环境，在报警控制器中用软件设置探测器的灵敏度。模拟量火灾探测器实质上就是作为火灾探测用的传感器，其输出值能够真实地再现变化着的输入量。模拟量火灾探测器仅是将火灾现场探测到的烟雾、温度等火灾参数不断地传送给控制器（即系统主机），由控制器内置的应用软件对这些火灾参数进行综合智能处理，判断是否发生火灾。采用模拟量火灾探测器把信号判断处理交给火灾控制器带来的主要问题是：为使系统能够识别真假火灾现象和防止误报，提高探测器灵敏度，必须采用复杂的火灾数据处理方法；为使模拟量信号被清楚地发送并以高分辨率传输，必须采用有效的数据传输技术；大量的数据处理和多种计算算法，增加了火灾报警控制器的复杂性；因此，为了解决火灾信息探测处理过程模拟量火灾探测器数据处理能力单一，火灾报警控制器功能过于复杂和系统内部数据传输量较大等技术问题，出现了自身带微处理器(CPU)的火灾探测器。 （三）分布式智能火灾报警系统分布式智能火灾报警系统的主要特点是：在每个探测器上都带有CPU，探测器把采集到的现场信号与在探测器内存储的特性曲线进行比较并进行必要的分析处理，然后进行初步的火灾判断。探测器平时只需向控制器传送正常信号或故障信号，火灾时探测器以中断方式向控制器传送采集处理后的信息数据，由控制器做进一步的分析判断。由于摆脱了传统巡检技术的弊病，数据传输不再受巡检周期的限制，大大缩短了火灾报警和启动消防设备所需时间。而火灾报警控制器由于免去了大量的现场信号处理负担，可以从容不迫地实现多种管理功能。另外火灾报警控制器采用多CPU并行处理技术，除了主CPU外还在每一个回路驱动板上都带有一个CPU，这些CPU并行工作，分别对回路进行扫描，提高了系统信息处理速度。 综上所述，智能火灾自动报警系统一般应具备如下的几个主要功能。(1) 系统能给每个探测器赋址，确认探测器类型无需在探头底座上加赋址拨码开关，以减少安装拨错码和拨码开关接触不良等故障。对探测器的报警级别可以根据环境情况任意设置，可实现白天黑夜灵敏度的自动调整，对探测器的灵敏度降低进行自动补偿，对电干扰及线路分布参数的影响进行自动处理。对探测器的污染程度进行自动检测，提示用户对该探测器进行清洗和维修保养。常规检修或更换探测器后，重新安装新探测器，可通过网络通讯，再进行参数化，具备前任探测器的一切同等功能。(2) 采用大屏幕图形化操作界面用户可以很方便地对系统进行设置，了解整个系统的设备分布情况、供电情况，查看任意设备的运行状态和统计数据，以及对系统实施控制操作。(3) 具有强大的现场编程功能输人、输出模块的动作、状态信息都要通过网络通讯，传输到节点上。通过编程，定义输人、输出功能及逻辑运算功能，可实现复杂的联动控制功能，以确保火灾时系统能实现一系列联动控制。还可通过编程，将某一个防区设置为工作状态或屏蔽状态，为联动控制提供了方便。以软件编程替代硬件组合，以提高消防联动的灵活性。(4) 具有丰富的自我诊断功能探测器不间断地把运行状态报告给报警控制器。报警控制器对全部探测回路和所有元件工作状态监视。对主机本身及其外接扩展回路可进行故障诊断，确保系统能及时地发现主机本身、回路及回路上设备的故障。对于发生的故障，系统能在显示器上显示其类型、发生部位，发生时间。当故障排除后，系统能自动返回正常工作状态，为系统维护及正常运行提供有力保障。(5) 利用全总线计算机通讯技术既完成了总线报警，又实现了总线联动控制，避免控制输出与执行机构之间的长距离穿管布线，方便系统布线设计和现场施工。(6) 提供联网功能为智能火灾报警系统之间的联网及与城市消防网络的通讯联络奠定基础，实现网络上的双向信息交流。三、火灾报警系统的网络化管理 火灾报警系统的网络化管理是以网络通讯技术和数据库技术为基础发展起来的。网络通讯和数据库技术在火灾报警系统中的应用，不仅丰富和增强了火灾报警系统的功能，还将为消防设备的监测、维护及其管理等提供一种新的模式。火灾报警系统的网络化管理从管理主体上来分主要有三种形式：以物业管理公司为主体的建筑群或小区火灾报警管理系统；以消防管理机构为主体的城市火灾报警管理系统；以设备厂家为主体的火灾报警设备运行状态管理系统。 （一）建筑群火灾报警管理系统 智能火灾报警系统在建筑物中可独立运行，除了完成火灾信息的采集、处理、判断并实施联动控制外，还应该具有与其他系统进行通讯的接口，或远程信息传输的功能。这样智能火灾报警系统不仅可以与同一建筑中的保安系统或其他楼宇自动化系统联网，还可以使整个建筑群或小区建立一个网络化的火灾报警管理系统。 目前，一些设备厂家已经研制出了一种无主火灾监控网络。这种无主监控网络一般由网络主机、网络分机、远程显示器和就地控制盘组成。网络主机是网络的主控制器，它具有系统的数据库，对网络进行管理，控制打印机及系统输出，可通过面板或在PC机上进行人工操作。网络分机能不断地向网络主机报告所接前端设备及本身工作状态，同时也能使末端设备执行主机命令。在网络中，探测器和输人、输出模块等构成了一个探测回路，几台报警器构成了一个报警网络回路。每台报警控制器不再称为区域报警器或集中报警器，而是等级相同，称为网络节点。在网络中，各报警控制器（节点）具有同等地位，系统操作可在网络中的任一点完成。所有探测回路采集到的信息（报警、故障、维修、关断）都可以通过网络传送到每一个节点。在此系统中，网络信息是按顺序从一个节点传到另一个节点，每个节点都起到接收、修正、转发信息的作用。同时，也向网络随时提供自身最新的状态变化。当主机发生故障时，某台分机自动升级为新的主机，行使网络管理器的功能。当某台分机发生故障时，网络自动将其隔离，不影响网络中其他分机的正常运行。当网络数据线断开时，系统具有重组网络功能，自动地重新组成一个子网络，在子网络之间保持完整的通讯，并对输出设备进行操作。 网络型火灾报警控制器，不同于传统的区域报警器、集中报警器。它实际上是一个多媒体计算机装置。它通过网络上的各种探测器，输人、输出模块等单元设备，进行双向对话，信息交流，显示运行状态，发出火灾、故障报警。这种网络型报警器有着极强的输入输出能力。除满足国标GB 4717-93火灾报警控制器通用技术条件外，还应具有以下功能。 可配接开关量、模拟量及复合探测器等各类探测器，可用软件对智能型探测器赋址，确认类型，进行数据处理。 可用键盘在线编程，也可用PC机离线编程。 在网络上，被视为一个节点，当其发生故障时，应把信息传输给网络，系统照常运行。 通过软件编程，实施联动控制功能，同时满足国标GB 16806-1997消防联动控制设备通用技术条件的要求。 可连接PC机，在windows环境下运行，可对网络报警情况进行图形显示和操作控制。 可联入公共通讯网，进人城市“119消防报警中心”。 网络要有强大的软件支持，因而报警器中应有丰富的软件资源。 报警系统的网络化是建筑物内一项重要的硬件、软件投资。应该发挥它更广泛的作用，产生更大的经济效益。智能火灾报警系统可与同一建筑中的楼宇自动化系统联网，将火灾信号，包括火灾所发生的具体位置、报警装置的状态、火灾应急照明状态、消防灭火系统及消防联动控制系统运行状况等信息一一发送给楼宇自动化系统。 智能火灾报警系统还可以与同一建筑中的保安系统联网，其目的是为了显示火灾现场及相邻上下楼层的现场情况，以便向消防指挥人员提供现场第一手情况，以利于组织疏散和救援火灾区域人员和财物，以及做出相应的灭火对策。 （二）城市火灾报警管理系统 城市火灾报警管理系统是建立在建筑物火灾报警中心的基础上的，该报警中心既可以是某一座楼的火灾报警中心，也可以是某建筑群或小区的火灾报警中心。而城市火灾报警管理系统的管理中心一般应设置在消防中队或支队。可以应用该系统通过可视化的界面了解整个辖区范围内消防系统的部署情况，实时监测辖区内各消防系统的运行状况，确保各系统正常运行。在火灾发生时，可以及时准确地了解报警点的现场情况，制定有效的实施方案，为调度指挥提供有效的手段。 在我国，建筑物或小区的火灾报警管理系统已比较成熟和完善，但是城市火灾报警管理系统还不完善。虽然在某些城市已经建立了火灾报警管理系统，但是往往与各建筑物的火灾报警中心的报警控制主机之间并没有建立直接的信息通讯，还是通过人工实现报警功能。这使得城市火灾报警中心很难及时准确地了解现场的实际情况，也就很难采取更有效的实施方案。 实现不同厂家的火灾报警系统之间数据通讯，核心内容是其数据通讯协议，它包括通讯接口协议和数据内容格式协议。目前，接口的通讯协议较多，可根据系统联网形式选取几种通用协议作为系统的接口通讯协议（如RS-232C, 485,422, Token Ring, Tocken Bus等）。对系统数据通讯的数据内容和通讯格式，我国还没有统一的约定和标准，因此，应尽快制定火灾报警系统之间的数据通讯标准或行业约定，以便使不同厂家的火灾报警系统能够相互通讯。 目前，火灾报警系统的联网方式，主要依赖下列三种现有的通讯技术手段。 普通公众电话网连接利用电话拨叫，通过modem实现火灾报警系统网络连接及双向数据通讯。 采用专用线路连接通过专用数据通讯线路或网络实现火灾报警系统网络连接及双向数据通讯。采用共用数据网PDN等也属于这一类。 采用无线网络连接利用专用无线信道，实现火灾报警系统网络连接及双向数据通迅。 （三）火灾报警设备运行状态管理系统 对于火灾报警系统的生产厂家来说，能够远程监测自家设备的运行状态是非常有意义的。特别是在设备出现故障需要维修时，能够自动报修并把故障状态的相关参数传递到厂家的维护中心，那么维护中心就可以根据故障情况采取相应的解决办法。比如，首先远程指导用户自行解决，如果解决不了再有针对性地派遣专业技术人员并携带必要的工具等。这样，设备厂家就可以有的放矢地去解决问题，减少不必要的人员和经费投人。当然，这将对火灾报警设备本身的设计，特别是软件设计方面提出更高的要求。 火灾报警系统的网络化管理，特别是远程的网络化管理，如果使用专用的通讯线路，维护费用是比较高的。就目前而言，除了比较重要的场合要求使用专用通讯线路外，一种比较可行的方法就是在互联网的基础上进行火灾报警系统的网络化管理。这种方式尤其适合设备厂家对设备运行状态的监控管理。由于通过互联网进行信息的交流不受时间和地域限制，并且创建和维护一个虚拟服务器网站的费用也比较低。目前许多设备厂家正在通过互联网进行企业宣传，实际上通过互联网进行在线的系统维护和故障诊断也是可行的。四、无线火灾自动报警系统 无线火灾自动报警系统是利用无线火灾探测器发出火警信号和故障信号，并记录发出这些信号的地点和时间的火灾自动报警专用设备。它是由无线火灾探测装置、各级无线火灾报警装置组成。无线火灾探测装置主要由火灾探测器、发射机组成，它能自动和手动发出火灾报警信号以及火灾探测器故障报警信号。当无线火灾探测装置在探测范围内发现火灾或内部发生故障时，探测器将产生不同信号，同时控制电路根据信号自动启动发射机，在规定时间内发出不同的报警信号。在发现火灾后，也可以人为按下手动报警按钮发出火灾信号。各级无线火灾报警装置能实现火灾和探测器故障的声光报警功能，并把信号送到下一级报警装置。 无线火灾自动报警系统内部全部组件是通过无线电波发射和接收信号进行通讯活动，全部组件内均为无线，在接触不良的区域，