现代楼宇火灾监控系统的分析

消防专干

现代楼宇火灾监控系统的分析 白瑞林 摘　要　从控制的角度，较为详细地分析了现代楼宇的火灾监控系统，具体介绍了火灾信号的监测、监控系统的分类、联动设备、人机界面和通信，并预测了监控系统的发展方向。 关键词：火灾监控系统　现代楼宇　分析 Analysis　on　Fire　Monitoring　System　for　Modern　Buildings Abstract　The fire monitoring system for modern buildings is analyzed in detail from the control angle． The detection of the fire signal， the categories， interlock equipment， man-machine interface and communication of the fire monito ring system are introduced concretely． The developing situation of the monitorin g system is forecasted． Key　words：Fire monitoring syste m　Modern building　Analysis 　　现代楼宇自动化系统通常由建筑设备自动化系统（BAS）、办公自动化系统（OAS）和通信自动化系统（CAS）组成。其中，OAS（Office　Automation　System）主要包括：物业管理、酒店管理、财物结算、商业咨询；CAS（Communication　Automation　System）主要包括：语音通信、数据通信、图象通信；BAS（Building　Automation　System）则包括全部楼宇自控系统（例如：空气处理系统、冷冻监控系统、热交换监控系统、给排水监控系统、照明监控系统、变配电监控系统）、火灾监控系统（FAS）、保安自动化系统（SAS）［1，8］。 　　FAS（Fire　Automation　System）包含在建筑设备自动化系统（BAS）中，该系统在楼宇自动化中处于一种特殊的、重要的位置。火灾监控系统能否正常运转直接关系到人身与财产的安全，我国已正式颁布实施《消防法》，确定了严格的火灾监控系统设计规范［2］。 　　近些年，随着信息技术的发展和商业竞争，在FAS中，国内外厂家纷纷采用4C技术（Computer，　Controller，　Communication，　CRT）、多媒体技术和机电一体化集成技术。从测控技术的角度看，楼宇火灾监控系统已达到比较高的水平。 　　本文根据作者近几年在FAS设计、调试的实际经验，对在我国主要应用的FAS（包括国内、国外）进行了较详细的分析，并预测了未来FAS的发展方向。 1　楼宇的火灾测控因素 　　现代楼宇力求创造一个高度安全、优雅、舒适、方便、快捷的内部环境，楼宇火灾监控系统（FAS）为此提供安全保证。楼宇的火灾测控因素包括：火灾监测量、火灾控制量，如图1所示。

图1　楼宇的火灾测控因素 　　楼宇火灾监测量主要是烟、温、可燃气体（少量），比较单一，但布量较大，力求准确、及时和可靠定位。楼宇火灾控制量较多，包括：启动消防泵、启动喷淋泵、停空调、电梯迫降、启动地区音响、背景音乐切至火警广播、关闭防火门、卷帘门两步迫降等。设置较多的控制量（由联动设备实现），目的是，一旦火灾报警，在火灾初期即对楼宇进行全方位的火灾扑灭、火源与助燃因素的切断、重要设备防护及组织人员疏散。　　 2　楼宇火灾信号的监测 　　火灾信号的监测主要是被控环境的烟雾浓度、温度和温差，相应的检测与传感器有：感烟探测器、感温探测器（包括：定温探测器、差温探测器）、线型光束探测器、红外火焰探测器，以及新近出现的烟温复合型探测器等。其中，以感烟、感温探测器最为常用。 　　早期的感烟探测器多为离子型，目前，基本上被光电型取代。光电感烟探测器采用光散射原理，在迷宫式结构的烟室中，其光电转换的大小与烟雾浓度的关系符合Tyndall效应，此种对应关系对火灾初期的阴燃烟雾，反应敏感，对预报早期火灾有利。 　　感温探测器分为定温感温探测器、差温感温探测器。其原理是利用热敏电阻检测温度和温差的变化，实现对被控环境的温度监测。 　　在火灾信号的判定上，早期的探测器多为两位式（开关量）报警，仅能反应火灾报警过程的两个极限值，目前，这种两位式探测器正逐步被模拟量探测器取代。模拟量探测器为连续式报警，监测的是被控环境的烟雾、温度的连续变化值，从而，可根据监测信号的强度和变化率报出“预火警”和“火警”信息。模拟量探测器监测量在控制器上的显示曲线如图2所示［3］。

图2　探测器模拟量曲线图 　　目前，较为先进的探测器已能完成被测信号的预处理，探制器寻检得到经预处理的信息，在此基础上，控制器的判断将更准确、可靠。 　　感烟探测器在电路结构上，已开始采用单片集成电路（3mm×3mm）设计，传统的数据采集电路如图3a所示，采用单片集成电路数据采集电路如图3b所示，电路结构的改进，不仅能防止外界噪声的影响，而且耗电量也得以降低［4］。

图3　感烟探测器电路结构 　　火灾监控系统在信号监测回路上，普遍采用二总线制，部分尚采取探测器无极性安装。二总线制由于布线少，24V直流载波，使得系统具有较强的抗干扰能力、故障点少，同时，便于安装和调试。 3　楼宇火灾监控系统分类 3．1　火灾集中监控 　　集中型火灾监控系统是采用一台火灾报警控制器对整个被监控区域进行监控。图4为集中型火灾监控系统的结构图［3，5］。 　　火灾集中监控的不足是一旦火灾报警控制器发生故障，则整个被监控区域将失去监控。和其它领域自动控制系统的发展相同，楼宇火灾集中型监控将逐步被集散型监控取代，至少对中、大型现代楼宇是如此。

图4　集中型火灾监控系统结构图 3．2　火灾集散监控 　　集散型火灾监控系统是将被监控环境划分成多个独立的子系统，各子系统由一台控制器（子站）完成设定的控制和操作。主控制器（主站）通过串行通信完成对各子控制器的信息联系和CRT（或多媒体）显示、各子控制器之间的数据流通和相互协调，“集中管理、分散控制”是集散监控系统的主要特征。图5为集散型火灾监控系统的结构图［3，4，6］。 　　集散型火灾监控当控制器故障，子控制器仍可独立监控，某一子控制器故障，其它子控制器仍可正常监控。集散型火灾监控系统大大提高了系统的可靠性，在大、中型现代楼宇中将逐步占据主导地位。

图5　集散型火灾监控系统结构图 4　楼宇火灾联动设备 　　FAS中的控制量最终是由联动设备实现，FAS发出的控制量通过控制模块（中间继电器）作用于联动设备（执行机构）。联动设备的启动有自动、半自动和手动三种状态。 　　自动状态是根据火警与相应的消防联动因果逻辑关系，建立数据库软件，存于EPROM或IC卡中，当出现火警时，联动因果逻辑关系满足，自动启动联动设备；半自动状态是在联动因果逻辑关系满足时，通过火灾确认键决定联动设备的动作；手动状态是通过输入联动设备地址，直接启动联动设备，或在联动设备控制盘（台）上，直接启动［3，5］。联动设备通常分为如下几类：①泵类：消防泵、喷淋泵；②风机类：排烟风机、正压送风机；③防火门类：防火卷帘门、防火阀、排烟阀；④公用设备保护类：非消防电梯、切非消防电；⑤报警类：消防广播，地区音响。 5　楼宇火灾监控系统的人机界面 　　现代楼宇火灾监控系统的人机界面，包括显示、打印、报警、功能操作。其中，显示包括：LED（火警、故障地址号），大屏幕LCD汉显（火警、故障点位置、故障类型、探测器信息曲线），火灾监控系统可与上位机联接，实现CRT显示，或实现火警点动画（多媒体）显示；打印通常为16／40点微型打印机（针打，热敏）；报警通常采用喇叭（声音刺耳）。 　　功能操作主要包括自检、自动试验、探测器信号检测、火灾确认、联动操作、停止音响、复位等。具有自动试验（ATF）功能的火灾监控系统，可定期（可设定）自动进行探测器模拟试验，及时确定不灵敏或故障探测器的位置，使可靠性大大提高，并降低运转费用［5］。 6　楼宇火灾监控系统的通信 　　楼宇火灾监控系统的通信包括：监控系统内（集散型）上位机（主站）与下位机（子站）之间的通信、监控系统与监控系统外微机（辅助多媒体监控，数据统计）之间的通信。 　　集散型监控系统通常采取分级递阶型的控制方式，通过RS－485通信总线，子站与主站间、子站与子站间均可进行数据交换。考虑信息远传，监控系统通常配置RS－485接口，并提供有关协议，为与监控系统外微机进行数据交换提供了方便。 7　楼宇火灾监控系统的发展方向 　　FAS为现代楼宇安全运行提供了保障，随着信息技术和机电一体化技术的发展，激烈的商业竞争，特别是现代楼宇越来越高的要求，必将促进FAS向高可靠性、功能强大、配置灵活、安装调试方便、操作容易的方向发展。从市场需求和新产品研制情况看，未来FAS将注重以下几方面： 　　①多元复合探测技术。多元复合探测是目前国际上正在兴起的一种新型多功能、高可靠性的火灾探测技术，该技术将烟温探测集中于同一探测器，其优势在于对烟温复合响应、反应敏感、信号强。在我国，已有相应产品面市［9］。 　　②监控系统智能化。智能化探测器可对火灾特征信号直接进行分析和智能处理，做出恰当的判决，然后将这些判决信息传给控制器。智能化控制器根据探测器传送来的判决信息做进一步的智能处理，然后做出更复杂的判决并显示判决结果。通常，火灾监控系统中的智能化采取模糊逻辑和神经网络技术。 　　③监控系统小型化。在某些场合，例如：卡拉OK等娱乐场所、餐馆、金融机构，监控点数少，需要一种安全性和经济性并优的小型监控器。在国外，已有此类产品面市（32点、A3尺寸），并看好中国市场［7］。 　　④故障诊断。ATF（Automation　Testing　Function）功能探测器内部含有CPU，利用监视输出值的方式实现探测器的自诊断。同时，可定期模拟火灾时的输出值，实现“自动火灾试验”。另外，监控系统对重要部件（CPU，EPROM，IC卡、电源、备电、打印、显示、信号线等）应具有可靠的故障诊断功能。 　　⑤人机界面的多元性。良好的人机界面是安全操作的前题，随着信息技术的发展，新型显示技术将引入监控系统中，例如：大屏幕彩色LCD，多媒体技术。另外，功能操作的便捷（重要提示）则保证关键时刻操作准确无误。 　　⑥火灾监控网络化。未来的火灾监控必然是网络化，将各自独立的火灾监控系统通过网络进行通信，实现双重管理和监控。目前，在我国，有的火灾监控设备代理已着手将在同一城市中的同种设备网络联结，并建立监控中心进行双重管理和监控。 作者简介:白瑞林，男，44岁，1982年毕业于齐齐哈尔轻工业学院，硕士，副教授。研究领域为智能控制技术、微机应用及仪器仪表智能化。 作者单位:（天津轻工业学院自动化系，天津　300222） 参考文献 1　北京恒业世纪电气技术有限公司．楼宇自动化及空调自控系统应用手册，1998 2　GBJ　116—88，火灾自动报警系统设计规范 3　北京狮岛消防电子有限公司．狮岛产品设计使用说明书，1997、1998 4　日本松下电工株式会社．National火灾自动报警系统（IF5E5－Ⅱ智能系统），1997 5　日本能美（NOHMI）防灾株式会社．R－21Z型火灾报警控制器技术手册，1997 6　日本能美（NOHMI）防灾株式会社．R－17型火灾报警系统，1998 7　日本能美（NOHMI）防灾株式会社．R－22SSZ总线型系统，1998 8　韩思音．智能大厦管理系统（上，下）．电子技术，1998（2，3） 9　南京消防（集团）公司．盛华牌SH9400分布智能烟温复合型火灾报警系统，1998

zhangganglie

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