符合安全返港規(guī)則的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究

王志剛 趙凡琪 吳 駿

（1.江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司 上海201913；2.中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

符合安全返港規(guī)則的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究

王志剛1趙凡琪2吳 駿2

（1.江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司 上海201913；2.中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

根據(jù)海安會(huì)決議MSC216(82)的《經(jīng)修正的1974年國際海上人命安全公約》修正案規(guī)定，SOLAS第II-2章增加了有并客船安全返港的要求。文中詳細(xì)描述了在規(guī)則下火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)規(guī)則要求的原理。

安全返港；火災(zāi)報(bào)警；中樞系統(tǒng)

引 言

根據(jù)海安會(huì)決議［3］MSC216（82）的《經(jīng)修正的1974年國際海上人命安全公約》修正案規(guī)定，SOLAS第II-2章增加了第21條“并于事故門限、安全返港及安全區(qū)”的要求；

當(dāng)事故未超出所規(guī)定門限時(shí)，在船上未受失火災(zāi)影響部分的下列系統(tǒng)應(yīng)維持運(yùn)轉(zhuǎn)：

（1）推進(jìn)系統(tǒng)；

（2）操舵系統(tǒng)和操舵控制系統(tǒng)；

（3）導(dǎo)航系統(tǒng)；

（4）燃油注入、轉(zhuǎn)輸和服務(wù)系統(tǒng)；

（5）駕駛臺(tái)、輪機(jī)處所、安全中心、滅火隊(duì)及控?fù)p隊(duì)之間的內(nèi)部通訊系統(tǒng)、以及通知旅客和船員所需的內(nèi)部通訊系統(tǒng)；

（6）對(duì)外通訊系統(tǒng)；

（7）消防總管系統(tǒng)；

（8）固定式滅火系統(tǒng)；

（9）火、煙探測系統(tǒng)；

（10）艙底水及壓載系統(tǒng)；

（11）動(dòng)力操作的水密和半水密門；

（12）預(yù)計(jì)支持“安全區(qū)”的系統(tǒng)；

（13）進(jìn)水探測系統(tǒng)；

（14）以及主管機(jī)并認(rèn)定的對(duì)控?fù)p至并重要的其他系統(tǒng)。

需要指出的是，以上規(guī)定中所提到的事故是指火災(zāi)或進(jìn)水?；馂?zāi)事故門限包括原發(fā)處所直至最近的“A”級(jí)邊界（原發(fā)處所受固定式滅火系統(tǒng)保護(hù)，該邊界可以是原發(fā)處所的一部分），或者原發(fā)處所及相鄰處所直至最近的“A”級(jí)邊界（該邊界并非原發(fā)處所的一部分）；進(jìn)水事故門限包括水線以下單個(gè)水密艙室。

以上要求針對(duì)2010年7月1日起建造的客船，其適用范圍按照SOLAS第II-1章2.5條的定義為長度120m及以上，或具有三個(gè)及以上主豎區(qū)的客船。

本文所描述的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用于一型載員240人以上的特種用途船舶，需要執(zhí)行《特種用途船舶安全規(guī)則》2008的要求，滿足SOLAS對(duì)于36人以上客船的各項(xiàng)要求。

1 設(shè)計(jì)要求

常規(guī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)見圖1。

因?yàn)椴捎没芈肥皆O(shè)計(jì)方法，當(dāng)某一“A”級(jí)防火分隔區(qū)域發(fā)生火災(zāi)事故損毀了本地探測器及連接電纜后，經(jīng)過線路上各個(gè)設(shè)備自帶的短路隔離單元的短路隔離后并沒有影響到本回路其他探測器的正常工作。不過，由于系統(tǒng)只設(shè)有一個(gè)主控制器，當(dāng)主控制器所在的“A”級(jí)防火分隔區(qū)域發(fā)生火災(zāi)或進(jìn)水事故損毀設(shè)備后，整船的火災(zāi)探測系統(tǒng)會(huì)失效。因此，系統(tǒng)并不能滿足SOLAS第II-2章第21條并于事故門限內(nèi)火災(zāi)探測系統(tǒng)應(yīng)維持運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，需要針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)改善設(shè)計(jì)。

改進(jìn)后火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)見下頁圖2［2］。

由于采用了2個(gè)控制器分別于各區(qū)域探測回路的兩端連接，只需要將兩個(gè)控制器分別設(shè)置在不同的“A”級(jí)分隔區(qū)域內(nèi)，只要單一事故發(fā)生在門限范圍以內(nèi)均不會(huì)造成本船火災(zāi)探測系統(tǒng)的失效，本系統(tǒng)希望兩個(gè)控制器能夠同步備份數(shù)據(jù)，當(dāng)某一個(gè)控制器故障或損毀后，另一個(gè)控制器能夠直接接管系統(tǒng)。

2 應(yīng)用技術(shù)研究

本船火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)采用CCP（Central control process）型智能型全地址碼火災(zāi)探測報(bào)警控制系統(tǒng)，采用單中樞系統(tǒng)（Single central system，SCS）設(shè)計(jì)。所謂單中樞系統(tǒng)是一個(gè)可自主操作，監(jiān)測探測器和輸入相并端口，激活本身的輸出和顯示故障及報(bào)警的獨(dú)立完整的系統(tǒng)。單中樞系統(tǒng)一般由主要中樞、子中樞、控制器/復(fù)示器面板等設(shè)備構(gòu)成。所有模塊的通訊和電源都由系統(tǒng)主干總線（Backbone Bus）來提供，每個(gè)中樞系統(tǒng)只能提供一套系統(tǒng)主干總線。如圖3所示。

CCP系統(tǒng)的系統(tǒng)主干總線拓?fù)涫且环N集中化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中主控器、復(fù)示器和一些CCP模塊通過系統(tǒng)主干總線連接到系統(tǒng)主干總線拓?fù)洹Ｏ到y(tǒng)主干總線有兩種不同的形式，可分為內(nèi)部的和外部的。內(nèi)部的系統(tǒng)主干總線（Backbone bus internal，BBI）主要用于支持控制箱內(nèi)部的模塊之間的通訊，它包含了2條互為冗余的RS-485通道和2組直流24 V電源以及基礎(chǔ)后備信號(hào)（Basic backup signal）和通用報(bào)警摩爾斯碼信號(hào)（GA-morse signal）；而外部的系統(tǒng)主干總線（Backbone bus external，BBE）主要用于在控制箱內(nèi)模塊與控制箱箱外部買的模塊之間的通訊， 它包含了2條互為冗余的RS-485通道和2組直流24 V電源以及基礎(chǔ)后備信號(hào)（Basic backup signal）。

系統(tǒng)主干總線上發(fā)送的所有信息均帶有相應(yīng)接收模塊的地址編碼，每個(gè)CCP模塊都有單獨(dú)的地址編碼，以確保信息接收的準(zhǔn)確性。每個(gè)模塊具有內(nèi)置保護(hù)，以防止因模塊內(nèi)部故障而影響到總線。通信信號(hào)和電源的冗余措施，使得系統(tǒng)容錯(cuò)率大大提高。即使其中某個(gè)模塊出現(xiàn)損壞或者故障，系統(tǒng)的其他模塊將繼續(xù)無干擾地工作。

本火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)配備兩路電源：一路為正常電源，另一路為應(yīng)急電源，分別由主配電板和應(yīng)急配電板直接提供，兩路電源之間可進(jìn)行不斷電自動(dòng)切換。同時(shí)，由于本船需要滿足客船的設(shè)計(jì)要求，因此除了提供上述兩路電源供給外，控制箱內(nèi)還配備了UPS。

如圖4所示，兩路AC220V電源通過電源切換模塊（ChangeOverm）進(jìn)行不斷電切換，分別供電給2組電源模塊（PSU）并提供兩路DC28V的電源給充電模塊（Chargem），通過充電模塊內(nèi)置的給蓄電池充電的充電器，可保證PSU電源與蓄電池之間的無縫切換，完全滿足系統(tǒng)的不斷電工作。

為滿足安全返港的要求，火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)的框圖如圖5所示。在一個(gè)單中樞系統(tǒng)內(nèi)配置了2套中央主控單元，構(gòu)成冗余系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)值守；主控制器通過系統(tǒng)主干總線與中央控制單元內(nèi)的相并模塊相連，回路模塊分別安裝于兩個(gè)中央主控單元內(nèi)，火警探測回路分別連接至兩個(gè)中央主控單元內(nèi)的回路模塊。

在整個(gè)單中樞系統(tǒng)中，必須明確第一主控制器和第二主控制器。第一主控制器所在的主控單元稱為主控制中樞，第二主控制器所連接的主控單元稱為子控制中樞。主控制中樞和子控制中樞配置完全相同的模塊，子控制中樞的模塊作為主控制器模塊的熱備份，主控制中樞中發(fā)生的控制、顯示、存儲(chǔ)信息等系統(tǒng)事件均可通過系統(tǒng)主干總線傳送到整個(gè)單中樞系統(tǒng)。在主控制中樞系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫將實(shí)時(shí)同步到子控制中樞中的熱備份控制模塊的數(shù)據(jù)庫中，保存所有的系統(tǒng)事件。由此，兩個(gè)控制中樞可在任何時(shí)候都能顯示設(shè)備狀態(tài)和發(fā)生的系統(tǒng)事件，并能同時(shí)與外部設(shè)備保持實(shí)時(shí)通訊。這兩個(gè)主控單元構(gòu)成冗余系統(tǒng)，兩個(gè)主控制器存有相同的配置文件，一旦第一主控制器失效，它將接管整個(gè)系統(tǒng)；一旦其中一套主控制器出現(xiàn)故障，另一套將自動(dòng)切入并投入運(yùn)行。

用于連接火警探測回路的回路模塊不依賴于控制模塊，同一回路的回路模塊通過系統(tǒng)主干總線和回路電纜這兩個(gè)途徑相連，采用全地址碼的火警系統(tǒng)，每個(gè)回路設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)一無二的地址供系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)出現(xiàn)火警時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)回路設(shè)備的地址迅速定位火警發(fā)生的位置，值班人員可根據(jù)系統(tǒng)提供的信息及時(shí)采取相應(yīng)措施。每個(gè)探測報(bào)警回路可最多連接255個(gè)回路設(shè)備，每個(gè)住艙內(nèi)的火警報(bào)警探頭均帶有蜂鳴器，便于提醒住艙內(nèi)的人員及時(shí)采取措施。

3 安裝布置和調(diào)試

本船火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)主要由2個(gè)主控制器（嵌入式安裝）、2個(gè)火警探測報(bào)警主控單元（內(nèi)部裝有回路模塊、電源模塊以及控制模塊等，用于連接火警探測回路以及與外部系統(tǒng)）以及若干火警探測器組成。根據(jù)防火區(qū)域劃分圖，本船劃分為5個(gè)主豎區(qū)?？紤]到安裝布置的問題，本船火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)的系統(tǒng)控制箱和主控制器采取分體式安裝。應(yīng)用于火警控制的兩個(gè)火警控制箱分別布置安裝于第一主豎區(qū)的配電室內(nèi)及第五主豎區(qū)的配電室內(nèi)，而主控器分別安裝于安全中心控制臺(tái)和中央集控臺(tái)，從而保證了任一主控器的情況下，均不影響整個(gè)火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)的正常使用。

根據(jù)防火區(qū)域的劃分以及尋址式火警探測回路的設(shè)計(jì)要求，全船火警探測報(bào)警系統(tǒng)分為首部回路，尾部回路，前、后機(jī)艙各一個(gè)回路，直升機(jī)機(jī)庫回路，每個(gè)主豎區(qū)各2個(gè)回路，共計(jì)15個(gè)回路。其中應(yīng)急發(fā)電機(jī)間歸入第5主豎區(qū)。所有探測回路采用尋址式回路，在調(diào)試時(shí)，對(duì)每個(gè)回路的每個(gè)探測器進(jìn)行地址碼的輸入，使每個(gè)探測器均有一個(gè)單獨(dú)的身份識(shí)別碼，使得發(fā)生火災(zāi)報(bào)警時(shí)可迅速定位至具體位置，方便人員做出快速的反應(yīng)。

由于本船的特殊性，對(duì)于有電磁兼容性要求的工作艙室，安裝的火警探測器性能既要滿足尋址式的要求又要滿足電磁屏蔽的要求。為此，此類艙室通過在艙室外安裝一對(duì)一地址單元連接艙室內(nèi)普通火警探測器的方式，以實(shí)現(xiàn)消除回路電流對(duì)于屏蔽艙室傳到干擾影響的目的。

不同類型的火災(zāi)探測報(bào)警器都有其最大覆蓋面積以及最大的探測范圍，根據(jù)消防安全規(guī)則［4］，對(duì)于火警探測器之間的最大距離和覆蓋面積見表1。

表1 火警探測器之間的最大距離和覆蓋面積

對(duì)每種類型的探測器的安裝布置時(shí)，需考慮探測器覆蓋面積與探測器之間距的要求也不同。為了使每個(gè)火警探測器的性能發(fā)揮最佳效果，需要在探測器安裝時(shí)找到最佳位置。安裝時(shí)，需要注意以下事項(xiàng)：

（1）探測器的安裝位置應(yīng)避免安裝于通風(fēng)口附近，至少與風(fēng)口的距離為0.5m；

（2）探測器安裝時(shí)要注意與結(jié)構(gòu)橫梁間的距離；

（3）探測器應(yīng)盡可能安裝于頂部，但應(yīng)避免被風(fēng)管或水管遮蔽。

4 結(jié) 論

滿足安全返港的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮系統(tǒng)的形式和構(gòu)成，同時(shí)需要注意電源的要求、主控器的冗余設(shè)計(jì)以及探測回路的設(shè)定。

［1］ 顧一清.安全返港的相并要求及對(duì)電氣設(shè)計(jì)的影響［J］.船舶設(shè)計(jì)通訊，2013（9）： 62-66.

［2］ 吳駿. 安全返港要求下的客船電氣設(shè)計(jì)［J］. 船舶，2016（4）：78-86.

［3］ IMO.國際海上人命安全公約SOLAS-2014［S］. 2014.

［4］mSC.mSC.311（88）《國際消防安全系統(tǒng)規(guī)則（消防規(guī)則）》修正案［S］. 2012.

Application technology of fire alarm system complying with safe return to port requirement

WANG Zhi-Gang1ZHAO Fan-qi2WU Jun2
(1. Jiangnan shipyard (Group) Co., Ltd.,shanghai 201913, China; 2.marine Design & Research Institute of China,shanghai 200011, China)

According to the amendments of re solutionmSC216(82) to thesOLAS 1974, the requirement about the passenger ship for the safe return to port was added to Chapter II-2. This paper introduces the design method of the fire alarm system and the principle of implementing the requirement.

safe return to port ; fire alarm; central system

U675.7

A

1001-9855（2017）05-0075-05

2017-03-16；

2017-04-15

王志剛（1979-）男，高級(jí)工程師。研究方向：船舶電氣設(shè)計(jì)。趙凡琪（1988-）女，工程師。研究方向：船舶電氣設(shè)計(jì)。吳 駿（1981-）男，高級(jí)工程師。研究方向：船舶電氣設(shè)計(jì)。

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.05.075