智能火災報警系統(tǒng)的設計

【摘要】智能火災報警系統(tǒng)是由火災控制器和多個探測控制單元組成。探測控制單元由探測控制器和煙溫探測器及吸氣式探測器構成，各單元之間采用CAN總線、RS485總線進行通訊。系統(tǒng)設計了兩臺火災報警控制器和兩個RS485通訊總線，確保對整個系統(tǒng)進行有效監(jiān)控。

【關鍵詞】火災；智能報警系統(tǒng)設計；CAN通訊總線；RS485通訊總線

當有火情時，智能火災報警系統(tǒng)能及時準確地發(fā)出火警信號，并準確地顯示火情發(fā)生的地點。它具有火災報警功能、火災報警控制功能、故障報警功能、自檢功能、信息顯示與查詢功能和供電功能等。

一、智能火災報警系統(tǒng)結構的設計

智能火災報警系統(tǒng)分兩大部分組成，一部分是監(jiān)控中心，一部分是被監(jiān)控場室。本系統(tǒng)的功能是對被監(jiān)控場室進行24小時的火災監(jiān)控，被監(jiān)控場室一旦有火情，監(jiān)控中心系統(tǒng)將控制聲光系統(tǒng)進行報警。

每個被監(jiān)控場室都有一個探測控制單元，該探測控制單元由探測控制器（簡稱FDC）和若干煙溫探測器（簡稱SHD）及吸氣式探測器（簡稱ISD）構成。每個場室內的探測控制單元和放置在監(jiān)控室的兩臺火災控制器（簡稱FCU）構成火災報警系統(tǒng)。

智能火災報警系統(tǒng)中的火災報警控制器FCU有一路CAN總線，與探測控制器FDC之間采用CAN BUS方式進行信息交換和管理。

探測控制器FDC還有兩路獨立的RS485總線，包含了電源總線（DC 24V）和信息通訊總線（RS485）與本場室的探測器連接形成環(huán)網(wǎng)。

每個煙溫探測器SHD（或吸氣式探測器ISD）有兩路獨立的通訊（RS485）端口，結合探測控制器FDC的兩路獨立總線，探測單元內的所有探測器用串接的方式連接，與探測控制器構成環(huán)形網(wǎng)絡，具有冗余功能。

FCU還有一路RS485接口，專為整個區(qū)域的微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)CMS提供系統(tǒng)內各個SHD的火警和故障信息。FCU備有USB形式的虛擬串口，外部設備（如電腦）通過該接口可下載火災報警系統(tǒng)中的火警、故障等信息和以便系統(tǒng)維護。

智能火災報警系統(tǒng)結構參見系統(tǒng)拓撲圖，如圖1所示。

圖1 智能火災報警系統(tǒng)拓撲圖

為了增強系統(tǒng)的可靠性，確保萬無一失，整個智能火災報警系統(tǒng)還考慮了冗余設計：

1.主備冗余

系統(tǒng)設計兩臺火災報警控制器FCU，采用同時工作的模式。兩臺FCU必須同時啟動工作，互為熱備。當一臺FCU發(fā)生故障，通過另一臺FCU仍可以對整個系統(tǒng)進行監(jiān)測管理，而且可以查詢各個探測器的狀態(tài)以及歷史記錄，可以上報火警信息等，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的雙機熱備控制。

2.通信冗余

當探測器回路出現(xiàn)斷點時，探測控制器的兩個RS485仍能分別管理與其連接的SHD或ISD，并分別檢測與其相連的SHD或ISD，從而保證所有探測器能正常工作并保證信息不丟失。當兩臺火災報警控制器之間回路出現(xiàn)斷點時，兩臺火災控制器仍能分別管理與其連接的探測控制器，從而保證系統(tǒng)正常運行。

二、智能火災報警系統(tǒng)的接口設計

（一）智能火災報警控制器（FCU）的接口

本系統(tǒng)中的FCU采用了CAN BUS和RS485兩種接口技術，如圖2所示。

圖2 FCU端口示意圖

1.CAN通訊總線

系統(tǒng)中的兩臺FCU之間、FCU與FDC之間是通過CAN BUS進行信息交換，由于CAN BUS有多主通訊的特性，因此兩臺FCU及其他FDC在實際運行時是無需分主次的。同時，兩臺FCU之間還有一條CAN BUS通訊線，兩條通訊線中的任一條斷線，對系統(tǒng)性能沒有影響。CAN_BUS采用了多主競爭式總線結構，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。

CAN BUS上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信，具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、可靠性強、成本低等優(yōu)點。

由于本系統(tǒng)采用CAN BUS，因此可以將網(wǎng)絡操作顯示器作為網(wǎng)絡的一個節(jié)點連接在CAN BUS上，顯示出網(wǎng)絡上所有節(jié)點控制器的內部信息，并可以對節(jié)點控制器的配置參數(shù)進行調整。該操作顯示器直接安裝在控制器的面板上，作為顯示操作面板，對系統(tǒng)內各設備進行現(xiàn)場調試及查詢各控制器的工作狀態(tài)。

2.RS485通訊總線

FDC采用RS485方式與各個探測器進行信息交換和管理，信息交換內容包含有：每個探測器的火警、故障監(jiān)測結果。

FCU與微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)CMS之間的信息交換采用RS485通訊方式。通過RS485通訊，F(xiàn)CU可將每個SHD及ISD的火警監(jiān)測和故障監(jiān)測狀態(tài)傳送到CMS。

通過RS485通訊，CMS可以通過指令的方式使得火災報警控制器的時鐘與系統(tǒng)同步。

（二）探測控制器（FDC）端口

FDC有兩路獨立的RS485接口，由RS485和DC 24V電源構成，通過這兩路獨立的總線接口與各個煙溫探測器（SHD和吸氣式探測器（ISD）構成環(huán)形的探測器網(wǎng)絡。這種串接的環(huán)形網(wǎng)絡的特點是：可提高網(wǎng)絡通信的可靠性并具有冗余功能；可實現(xiàn)探測器自動編組（編號），以便于系統(tǒng)管理。

FDC另有一路CAN BUS接口分別連接火災報警控制器（FCU）主機及其他場室的探測控制器。具有冗余功能；可實現(xiàn)自動編組（編號），以便于系統(tǒng)管理。

管理內容包含有：向火災報警控制器發(fā)送某個探測器的運行參數(shù)和修改運行參數(shù)，如溫度報警閾值、煙霧報警靈敏度等；接收火災報警控制器的命令對探測器參數(shù)進行修改。如圖3所示。

圖3 探測控制器FDC端口示意圖

圖4 探測器端口示意圖

（三）探測器（SHD）吸氣式探測器（ISD）接口

如圖4所示，SHD及ISD核心由煙霧傳感、環(huán)境溫度傳感、信號處理和雙獨立RS 485通信接口等部分組成。其中煙霧傳感部分由迷宮式暗室、紅外光接收發(fā)射裝置、光學透鏡和有一定防塵防蟲作用的濾網(wǎng)組成，采用光散射原理對外部煙霧進行探測，當外部煙霧粒子濃度在連續(xù)時間內（可設定）大于等于煙霧濃度報警閾值（可設定）時向外提供煙霧報警信息。

環(huán)境溫度的監(jiān)測采用了數(shù)字式溫度傳感器，溫感器的作用除了監(jiān)測環(huán)境溫度之外還給煙霧信號處理電路提供了溫度補償?shù)淖饔?。溫度報警采用了定溫方式，當監(jiān)測到環(huán)境溫度在連續(xù)時間內（可設定）大于等于溫度報警閾值（可設定）時向外提供溫度報警信息。

SHD或ISD的每個RS485端口既可收發(fā)數(shù)據(jù)也可起到通訊中繼的作用，此種點到點的通訊模式其特點是線驅動能力強，負載小，因而節(jié)點與節(jié)點之間在較遠的距離情況下仍可采用高速率進行通訊，這樣即可提高了通訊信息的流量也提高了通訊的可靠性。

FCU除了可以通過FDC從SHD（或ISD）讀取報警信息之外，還可以讀取當前煙霧檢測濃度、當前溫感溫度值和SHD（或ISD）自身檢測到煙霧、溫感的故障信息。

SHD及ISD具有污染度報警功能，當探測器被灰塵污染或電子元件參數(shù)發(fā)生變化，可能會發(fā)生誤報火警時，火災報警控制器將顯示該探測器的污染情況，并報故障提（下轉第114頁）（上接第112頁）醒用戶對該控測器進行維護，從而做到零誤報。

ISD還具有風壓指示功能，當吸氣壓力小于一定值時，火災報警控制器將報該探測器故障，同時探測器的壓力指示燈亮，以提醒用戶對該探測器進行維護。

三、智能火災報警系統(tǒng)的特點與基本電氣特性

（一）智能火災報警系統(tǒng)的主要特點

本系統(tǒng)適用于計算機房、資料室、配電室、變電站、通訊基站、餐廳、酒吧等小型消防報警工程的應用。本系統(tǒng)最突出的特點是具有主備冗余及通信冗余功能，確保系統(tǒng)工作可靠。其他的功能特點有：

1.火災報警功能，能通過感煙探測器、感溫探測器、輸入模塊、手動報警按鈕等火災觸發(fā)器件接收火災報警信號，顯示火警信息。可根據(jù)相鄰探測器進行復合判斷；

2.聯(lián)動控制功能，能通過輸入輸出模塊根據(jù)報警信息控制消防設備，可顯示設備動作反饋信息；

3.監(jiān)管報警功能，能通過輸入模塊接收盜警、可燃氣報警、水流指示器報警、壓力開關動作等信號，實現(xiàn)監(jiān)管報警，并可實現(xiàn)聯(lián)動；

4.屏蔽功能，能夠對各總線部件進行屏蔽，能夠對火災聲光警報輸出進行屏蔽；

5.故障檢測功能，能自動檢測線路故障、部件故障、電源故障等，以聲、光信號發(fā)出故障警報，顯示故障信息；

6.系統(tǒng)測試功能，能登錄部件編號及當前地址，可直接進行地址設置、編程；能查看探測器檢測值；能夠對回路任一部件進行自檢；

7.網(wǎng)絡通訊功能，可實現(xiàn)局域聯(lián)網(wǎng)通訊；具有RS-232/485串行通訊接口，可與樓宇自動化或其它系統(tǒng)相連；

8.黑匣子功能，能自動存儲火警、預警、監(jiān)管、故障等歷史記錄信息；

9.打印功能，能自動打印火警、預警、監(jiān)管等信息，并能打印部件清單等；

10.主、備電自動切換功能，能進行主、備電自動切換，并具有相應的指示；

11.操作權限，為防止無關人員誤操作，可通過密碼限定操作級別，密碼可任意設置。

（二）智能火災報警系統(tǒng)的基本電氣特性

1.火災報警控制器基本電氣特性

引用標準：GB 4717-2005《火災報警控制器》；

輸入電源電壓：浮地制DC 24或DC 110V；

功耗：≦8W；

通訊方式：1路RS485，1路CAN，1路USB虛擬串口；

顯示屏顯示格式：字符采用LCD屏，256* 64點陣；

報警音量：距聲源300mm處：火警：80dB、故障：70dB；

聯(lián)動輸出1、2：固態(tài)繼電器觸點，觸點電流：DC 0.2A @ 110V；

2.探測控制器基本電氣特性

引用標準：GB 4717-2005《火災報警控制器》；

輸入電源電壓：浮地制DC 110V；

功耗：≦15W（按帶6個探測器計算）；

通訊方式：2路RS 485，1路CAN BUS；

電源輸出：DC 24V；

3.煙溫探測器基本電氣特性

參考文獻

[1]張培仁.CAN現(xiàn)場總線監(jiān)控系統(tǒng)原理和應用設計[M].中國科學技術大學出版社，2011.

[2]火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范GB 50116-2013[Z].

作者簡介：曾敏（1975—），女，湖南益陽人，大學本科，工科學士，電子講師，中山市中等專業(yè)學校電子科教學干事、專業(yè)教師，研究方向：電子技術。