火灾探测报警系统的死机和复位.pdf

第2 4 卷第4 期增刊仪器仪表学报2 0 0 3 年 8 月 火灾探测报警系统的死机和复位 T u g s月 北京市公安局消防局北京 赵英然 1 0 0 0 3 5 摘要文章依据国家消防技术规范和产品标准 对设置在高层建筑或智能化建筑内的火灾探侧很替系枕出现的死机和复位 现象 进行了 深入分析讨论 提出了解决这一技术难题的原则和途径 关扭词火灾探侧报警系统死机分位 T h e H a l t a n d R e s e t o f t h e F i r e D e t e c t i n g a n d A l a r m i n g S y s t e m Z h a o Y i n g r a n F i r e D e p a r t m e n t o f B e ij i n g Mu n i c ip a l P u b l i c S e c u r i t y B u r e a u B e i j i n g 1 0 0 0 3 5 C h i n a A b s t r a c t B a s e d o n t h e n a t i o n a l f i r e p r o t e c t i o n c o d e s a n d t h e s t a n d a r d s o f f i r e a l a r m p r o d u c t s t h i s p a p e r d e e p l y a n a l y z e s t h e h a l t a n d r e s e t p r o b l e m s o f t h e f ir e d e t e c t io n a n d a l a r m s y s t e m i n s t a l l e d i n h i g h r i s e b u i l d i n g s o r i n t e l l i g e n t b u i l d i n g s a n d p r o p o s e s t h e p r i n c i p l e s a n d m e a s u r e s f o r s o l v i n g t h e s e d i f f i c u l t t e c h n i c a l p r o b l e m s K e y w o r d s F i r e d e t e c t io n a n d a l a r m s y s t e m H a l t R e s e t 1 火灾探测报苦系统 1 1 构成 就当今高层建筑或智能化建筑而言 火灾探测报警 系统是构成其电气设计的主要内容 它是依据主动防火 对策 以被监测的各类建筑物 油库等为警戒对象 通过 自动化手段实现早期火灾探测 火灾自动报警和消防设 备联锁联动控制 火灾探测器长年累月地监测被警戒的 现场或对象 当检测到火灾产生的烟雾 高温 火焰及火 灾特有的气体等信号并转换成电 信号 经过与正常状态 闽 值或参数模型分析比 较 给出火灾报替信号 通过火灾 报警控制器上的声光报警显示出来 同时 通过火灾报警 控制器启动警报装置 告诫现场人员投入灭火操作或从 火灾现场应急疏散 启动断电 控制装置 防排烟设备 防 火门 防火卷帘 消防电梯 火灾应急照明 消防电话等减 灾装置 防止火灾蔓延 控制火势和求助消防部门支援 启动消火栓 水喷淋 水幕及气体灭火系统及装置 及时 扑灭火灾 减少火灾损失 1 2 作用 就发挥的作用而言 火灾探测报警系统以其先进的 火灾探测技术和独特的报警装置的高分辨率 不单能报 出 大 楼内 火替所 在的 位置 和区 域 还能 进一步 分辨出 是 所连接的哪一个装里在报替以 及装里的类型 本大楼消 防系统的具体处理方式等 可以 使大楼的灯光 照明 配 电 音响与广播 电 梯等装置 通过中 央监 控装置或系 统 实现联动控制 还可以进一步与整个大楼的通信 办公和 保安系 统联网 实现大楼的 综合自 动化 当 高层 建筑或智 能化建筑发生火灾时 该系统要及时探测 鉴别并启动通 讯系 统自 动对 外 报替 根 据各楼 层人 员 情况 显示最 佳 疏 导 营救方案 启动各类自 动消防子系统 同时自 动关闭 不必要的电 力系统和办 公系统 并根据火灾状态 分配供 水系统 启动防M 胭设施等 1 3 姿求 基于早期报警 自 救为主的指导原则 我国的消防 技术规范G B 5 0 0 4 5 高层民用建筑设计防火规范 G B J 1 6 建筑设计防火规范 G B 5 0 2 2 2 建筑内装修设 计防火规范 和G B 5 0 1 1 6 火灾自动报警系统设计规 范 等均对火灾探测报誉系统提出了一些基本要求 1 确保建筑物火灾探测和报警功能有效 保证不 漏报真实火灾 2 克服 环 境因 索 对系 统的 影 响 减 少系 统的 误报 率 3 确保系统工作可靠稳定 信号传翰准确及时 4 要求系统具有设计灵活性和产品成系列兼容 仪器仪表学报 第2 4 卷 性 适应不同工程需要 5 要求系统工程适用性强 系统布线简单 灵活 方便 要求系统应变能力强 为工程调试 系统管理 和维护提供方便 7 要求系统的性能价格比高 8 要求系统联动功能丰富 联动逻辑多样 控制 方式有效 可见 火灾的早期发现和扑救具有极其重要的意 义 它能将损失控制在最小范围 并且防止进一步造成 灾害 满足建筑防火安全方面的性能要求 因此 对于 从事消防系统产品和建筑电气技术工作的工程技术人 员而言 正确合理地设计 安装火灾探测报警系统 掌 握其组成原理 结构特点 熟悉主要设备装置的电路原 理 技术性能 特别是认识和掌握火灾探测报警系统的 死机和复位现象非常重要 2 相关的死机和复位现象 报警信息应能手动消除 但再次有火灾报警信息输入时 应能再次启动 第4 2 5 条要求 当交流电网供电电压 变动幅度不超过额定电压2 2 0 V的 1 0 和一1 5 之间 的 值 频率偏差不 超过标准频率5 0 H z 士1 时 火灾报警 控制器应能正常工作 其输出直流电压的电压稳定度 在 最大负载条件下 和负载稳定度应不大于5 如输出的 电压为脉冲式电压时 应在最大负载及最大线路电阻条 件 下可靠 工作 2 2 分析探讨 那么 出现上述问题的症结何在呢 据出现问题的 厂商解释有这么几种原因 一是电流叠加和线路过长 出现压降所致 二是产品标准和验收规范孺要相互协 调 三是电磁兼容问题 有资料表明 经过反复试验及 对厂商几种解释进行分析 可以认为这主要是由总线 火灾报警系统编码调制方式的设计不同造成的 2 2 1 电流叠加和线路过长出现压降所致 首先就控 制器与探测器之间的通讯方式而言 大致有如下三种 方式 见表 1 农 1 2 1 死机和复位现象 虽然在G B 4 7 1 7 火灾报警控制器通用技术条件 等 标准中针对火灾探测报誓系统的各项基本功能作了严格 规定 但由于检测条件不能完全模拟实际工程的运行情 况 以致火灾探测报警系统仍存在某些设计缺陷 例如 一个技术交流中心安装的6 0 0 点通用火灾探测报警系统 采用A公司的光电感烟火灾探测器 完工时 按照 G B 5 0 1 6 6 火灾自 动报警系统施工及验收规范 第4 2 3 条第8 款要求 即 火灾探测器应做模拟火灾响应试验和 故障试验 实际安装数量超过1 0 0 只 按实际安装数量的 比例进行试验 被抽验火灾探测器的试验应正常 抽验 6 0 点进行验收 然而 在对该工程做报警吹烟试验时 在 4 3 个火灾探测器连续做了报髻并联动了 十几个控制模块 后 出现自动复位现象 又如 某学院安装的火灾探测报 警系统采用G公司生产的1 0 0 多只火灾离子感烟探测 器 也是在做现场报瞥试验时 只是在一回路加载超过5 点时火灾报警控制器就出现死机 而不再接收任何指令 又如 最近 市局的一文档库做负载稳定度测试时 电压 降 至2 0 0 V时 火 灾报 普主 机自 动 保护而 复位 所有这些 现象都与G B 5 0 1 6 6 不符 也不符合G B 4 7 1 7 的要求 这 是因为国家标准G B 4 7 1 7 第4 2 1 2 条 要求火灾报警 控制器在整机性能上要 能直接或间接地接收来自火灾 探测器及其他火灾报警触发器件的火灾报警信号 发出 声 光火灾报警信号 指示火灾发生部位 并予保持 光报 警信号在火灾报替控制器复位之前应不能手动消除 声 嘿r F1t J 1 功耗 A AA 成本 在报苦控制系 统中的应用 好几百u A中较低 广泛用于现在 报警控制系统 很差l O N A左右快很低 好1 A左右较慢较高 早期的报苦 控制系统 用于总线制 消防电话 PwMPCMDTMF 早期的总线系统较多地采用P C M 脉冲计数调 制 方式 这是由于这种方式的成本低 电路结构简单 并有标准的芯片可以直接采用 但这种方案最致命的 弱点在于它的抗干扰能力极差 并且自 身没有容错能 力 因此 这种方式会很快被淘汰 P WM 脉宽调制 方式以其有容错能力而通讯可 靠 传输速度较快 将会成为这一领域的主流 这种方 式有很多成熟的专用编 解 码芯片 这些芯片都是以 三线制方式工作的 即电源线 地线 信号线 那么 如 何将这些以三线制方式工作的编解码芯片 变为二级制 方式工作 则是二总线火灾报替系统的技术核心 其结 构框图见图1 经极性转换电 路处理的信号又经电 撅分离电路 包 括称压 得到一个德定而无脉动的电很 提供给探测电路 作为电源 另一方面 信号恰好离电路将总线送来的编码 信号经过整形等处理后 送给解码芯片 经解码后与本地 编码开关设定的地址相比 较 若相同 则输出一个 脉冲信 号至探测电路 探测电路根据探测结果输出一个应答信 号 并经应答驱动电路处理后返回控制器 第4 期增刊 火灾探测报警系统的死机和复位 沃 极性 图1 二总线无极性编码探测器的典型结构框图 一 翼r1J3 一 t A I W 应答信号 图2 P W M编码传输方案的典型时序 控制器中编码发送芯片输出的地址码信号一般都 连续送出多遍 有些芯片发送一次 有些发送四次 重 复发送多次是为了避免发生通讯错误 因为接收端只 有连续收到二次 或四次 相同的地址码 才算有效地 址码信号 由图2 可见 每个地址点的扫描 或查询 过 程分为两步 第一步在T 1 时间段里 控制器通过总线 向编码地址点 所有连接到总线上的编码点 发送地址 码及电源能量 第二步 控制器通过总线接收由编码地 址点送回的应答信号 由此可见总线是时分占用的 也 就是说 在T 2 时间段里 控制器不应占用总线向编码 地址继续提供电源 此时控制器只是接收 vir 弥线输入M1 4 Vfr w m I V 1 去探测器 万 串行地址码 图 3 典型的总线电源 信号分离电路 由图3 不难分析出 C 1 作为储能元件 它起着重 要的作用 因为在应答周期 探测器的供电完全依靠 C 1 存储能量 此时二级管D 1 为反向偏置 因此V i 是 波动的 它在T l 时间段结束时为最大在T 2 时间段结 束时为最小 其波动量 LV i I i T 2 C 式中I i I c c 我 们可举一组曲型参数计算一下 V i 的大小 设 I c c l 0 A 应答周期电流往往较大 C 1 二2 2 p F T 2 l o m s 那么经计算可知 V i 4 5 V 这里进入了一个系统设计中的关键点即在扫描应 答周期总线电压究竟取多大 如果在T 1 周期总线的 峰值电 压为2 8 V 那么在T 2 周期是否仍然取2 8 V呢 有不少厂商在此都取了与T 1 周期相同的工作电压 这样就会出现一个非常严重的问题 这就是 由于应答 周期 T 2 的总线电压与发码周期 T 1 是相同的 因 此 总线输出的电流在T 2 周期基本等同于T l 周期 先不考虑应答电流 如果在同一总线上连接较多的 地址点时 由于总线的供电电流较大 因此应答电流将 会被供电电流所 淹没 我们可以简单的计算一下 设 每一 地址点 报警时的电 流为3 m A 假如总线上有7 0 0 个地址点 那么总线电流可达3 0 0 m A 这么大的总线 电流将使应答电流难以分辨 这样 当总线上的报警点 较多时 系统控制器就不能或很难再继续接收其它地 址点的报警信号 令人遗憾的是有不少火灾探测报警 系统采用的正是这种错误的设计 正确的设计应该是这样 取应答周期的总线电压 满足 V 2 簇V 1 一 V i 式中 V2 为应答周期T 2 时的总线电压 V1 为发送周 期T l 时的总线电压 LV i 为T 2 时段储能电容器的 电压波动 一般可以取V 2 1 2 V 同时将储能电容的容量尽 量取大 满足上述条件后 在T 2 周期 控制器将不再向 地 址点供电 因为图3 中的二级管D 1 此时反偏 而此时总 线上的电流完全是应答电 流 不再有 淹没 间 题 2 2 2 第二相互协调产品标准和施工验收规范非常 必要 迫在眉睫 诚如上述所言 火灾探测报普系统均为由国家消 防电子产品质量监督检测中心按照国际G B 4 7 1 7 等标 准检验合格的 而在实际工程中还出现上述向题呢 因 为标准差异也是重要原因之一 例如按照G B 4 7 1 7 整 机性能一节第4 2 1 1 0 条要求 火灾报警控制器应 具有电源转换装置 主电源应能保证火灾报警控 制器在b 条件下 连续正常工作4 h 即超过 1 0 个回路 时 2 0 的回路 不少于1 0 回路 但不超过3 0 回路 处 于报警状态 这里假定有6 0 0 个回路的火灾报替控制 器 则只要选小于 3 0 个回路作试验符合要求就行了 另如 第4 2 8 条要求虽然提到了1 0 的回路要有处 理 贮存 显示等状态的变化信息 但遇到大容量 例如 4 0 0 0 回 路 又 如何界定 因为这里并没 说明 是在一个 支路上 还是分布在多个支路上 因此同样与国家标准 G B 5 0 1 6 6 第2 节 系 统 竣工验收 中的 第4 2 3 条有出 入 第4 2 3 条非常明确地指出 实际安装量超过 1 0 只 按实际安装数量 5 1 0 的比例 但不少于 仪器仪表学报 第 2 4 卷 1 0 个抽验 被抽验探测器的试验均应正常 从上述分 析讨论过程中 不难看出作为强制性的国家产标准和 防火验收规范应该而且必须在相互协调上尽量取得一 致 产品标准应增加负载更接近于实际容量或极端量 的测试 增加负载集中度和改进试验方法 同时 作为 国家标准的施工验收规范也必须要考虑原则的一致性 和稳定性 因为就G B 5 0 1 6 6 标准的第4 2 3 条款可以 抽样少到5 多到1 0 的抽样量 可以不在同一支路 上测试 也可以集中在同一支路上测试 但施工验收的 结果却极可能出现完全不同的答案 因此规范和细化 施工验收规范和产品标准使之符合标准化的要求当是 ifi 待解决的课题 也是不可回避的现实问题 2 2 3 最后必须要正视的就是电 磁兼容性间题 在火 灾探测报警系统设计过程中 理应预测各种可能发生 的电磁兼容问题 并将电磁兼容设计融入整个产品设 计过程当中 采取各种措施尽力避免出现电磁兼容性 问 题 可以 这样认为 任何电 磁兼容性问题都包含三个 要素 即干扰源 敏感源和藕合路径 解决电 磁兼容性 问题一般采用电磁屏蔽 达到隔离干扰源 保护敏感源 的目 的 采用干扰滤波切断栩合路径 并采用有针对性 的印制电路板抗干扰设计 电磁屏蔽的关健是保证整个屏蔽体是一个完整 的 连续的导电体 对于火灾报警控制器和探测器而 言 这一点实现起来十分困难 例如 控制器机柜或机 箱上有许多孔缝 显示窗口 健盘口 打印机口 散热 口 各组件结合部的孔隙等 一般多采用减小单个孔洞 面积 利用电磁密封衬垫减小缝隙的阻抗等措施降低 电磁泄漏 对于液晶显示器 打印机等需要较大安装孔 的设备 可以考虑设置隔离舱以提高屏蔽效果 对干扰的滤波技术主要应用于电源系统和敏感信 号线上 目前多数使用的是电源线滤波器 并在探测回 路线加装共模扼流圈 经实验证实 这些都是行之有效 的措施 在很大程度上增强了系统的抗干扰性能 需要 注意的是 在滤波器的选型 安装 系统布线 接地等环 节要严格按照电磁兼容性设计要求实施 随意更改往 往会破坏系统的电磁兼容性 现今计算机 通讯技术的迅猛发展 促使火灾探测 报替系统中大量使用微控制器 MC U 及其相关的快 速逻辑器件 而且设备中P C B板 印制电路板 上的元 件安装密度越来越高 因此 电磁干扰就成为一个极其 严重的问题 在P C B板的设计过程中 不仅要遵循 P C B抗干扰设计常用措施 例如电源线和地线减少环 路电阻设计 数字地与模拟地分开布线 关键部位配置 退拥电容 未用C MO S的输入端要接固定电位 M C U 外加WA T C H D O G电 路等 而且要对部分电 路用高频 设计方法来处理P C B布线 包括高速MC U S D R A M 控制器 快速通讯接口 等部件的连接线 采取基于信号 完整性 Si 计算机分析的高速数字P C B板设计方法 通过合理地进行电路建模仿真分析 提早发现隐患 及 时修改 避免出现误触发 阻尼振荡 过冲 欠冲等信号 完整 性故障 从而保证系统的工作称定可靠 参考文献 1 赵英然 论消防 工程专业施工的 几个墓本间题 全国消防 标委会第六分委会第9 届学术讨论会 秦皇岛 2 0 0 1 2 赵英然 对 火灾自 动报普系统施工脸收规范 修订工作 的探讨与建议 全国消防标委会第六分委会第8 届学术 讨论会 杭州 2 0 0 0 3 扬继深 实践电 磁兼容技术 卜 闷 卜 闷 卜 卜 闷 卜 闷 卜们阅 卜 司 卜 司 卜 州 卜 司 卜 卜 闷 卜 叫 卜 州 卜 阅 卜 冲 月 卜 州司 卜 州 卜 司 卜 卜 司 卜 州 卜 闷 卜 卜 司 卜目 州 卜 州 卜 创 卜 卜 洲 卜 月 卜 司 卜 叫 卜 闷 卜 闷 卜 闷 卜 阅 卜 州 卜 川 卜 闷 卜 叫 卜 闷 卜 叫 卜 司 卜 卜 司 卜 叫 卜 峨 上接第 7 0 5 页 t r ic a l R e s is t a n c e T o m o g r a p h y I Wo r l d C o n g r e s s o n 2 1 I n d u s t r ia l P r o c e s s T o m o g r a p h y A p r 1 4 1 7 1 9 9 9 1 0 2 1 0 7 o f e n g in e e r e d h y d r a u l ic b a r r ie r s 1 8 3 9 4 E l e c t r i c a l I m a g i n g G e o p h y s i c s 2 0 0 0 6 5 D a i l y W R a m i r e Z A b i l a r d o L 1 8 P r o c e e d i n g s o f 1 W o r l d C o n g r e s s o n I d u s t r i a l P r o c e s s T o m o g r a p h y B u x t o n 1 9 9 9 1 4 1 7 1 9 R a m ir e z A D a il y W E l e c t r i c a l I m a g i n g a t t h e L a r g e B l o c k T e s t 一 Yu c c a Mo u n t a i n Ne v a d