淺談CRH380BL型動(dòng)車組火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的組成和原理

李想

摘 要：隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩類智能控制技術(shù)的成功引入，火災(zāi)探測(cè)技術(shù)真正進(jìn)入智能階段。智能系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性、學(xué)習(xí)能力、容錯(cuò)能力和并行處理能力，近乎于人類的神經(jīng)思維。同時(shí)它也是一種分布式智能控制系統(tǒng)，控制主機(jī)和探測(cè)器都具有智能功能，從而使整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度及運(yùn)行能力空前提高，誤報(bào)率接近為零。它能極大的保證行駛中顧客生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)車輛安全行駛有重要作用。文章在綜合分析火災(zāi)發(fā)生規(guī)律和光電感煙探測(cè)原理的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)述了火災(zāi)探測(cè)器組成，探測(cè)器工作原理及結(jié)構(gòu)，并對(duì)感煙探測(cè)器通訊進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述。

一、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)概述

其中，X組是近處報(bào)警所要求的設(shè)備：A-火災(zāi)探測(cè)器，B-控制和指示設(shè)備，C-火災(zāi)警報(bào)裝置，D-手動(dòng)觸發(fā)裝置，L-電源；E-火警發(fā)送裝置，F(xiàn)-火警接收站，J-故障報(bào)警發(fā)送裝置，K-故障報(bào)警接收站；Z組是近處自動(dòng)消防設(shè)備要求的附加設(shè)備：G-自動(dòng)消防設(shè)備控制裝置，H-自動(dòng)消防設(shè)備。設(shè)備間的實(shí)線連接表示需要經(jīng)常建立的連接，虛線表示需要時(shí)才建立的連接。X組和Y組組件主要完成火災(zāi)監(jiān)測(cè)的功能，Z組主要完成火警發(fā)生時(shí)的火災(zāi)撲救等聯(lián)動(dòng)控制。x組是火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，下面重點(diǎn)介紹X組組件的功能。

（1）A-火災(zāi)探測(cè)器：火災(zāi)探測(cè)器是能夠自動(dòng)產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)的器件，它是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的感覺(jué)器官，能夠準(zhǔn)確探測(cè)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的特征物理量，如溫度、煙霧和氣體等信號(hào)，并傳輸給火災(zāi)報(bào)警控制器。（2）D-手動(dòng)觸發(fā)裝置：手動(dòng)觸發(fā)裝置，顧名思義就是能夠手動(dòng)產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)的器件，用以完成系統(tǒng)自檢、故障診斷等功能，它和火災(zāi)探測(cè)器統(tǒng)稱為觸發(fā)器。（3）B-控制和指示設(shè)備：最基本的控制和指示設(shè)備是火災(zāi)報(bào)警控制器，根據(jù)保護(hù)對(duì)象等級(jí)不同可分為區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制器、集中火災(zāi)報(bào)警控制器。（4）C-火災(zāi)警報(bào)裝置：火災(zāi)警報(bào)裝置通過(guò)發(fā)出聲、光等火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，以警示人們及時(shí)采取安全防護(hù)措施，蜂鳴器是最常見(jiàn)的一種。（5）L-電源：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是消防用電設(shè)備，應(yīng)設(shè)有主電源和直流備用電源，目前直流24V是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)先考慮使用的電源等級(jí)。

二、火災(zāi)探測(cè)器組成

按照模塊化設(shè)計(jì)思想，智能火災(zāi)探測(cè)器主要包括以下幾個(gè)模塊組成：

（1）煙霧、溫度采集電路：根據(jù)米氏散射理論，選用當(dāng)前主流的前向散射煙霧檢測(cè)室，完成紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)電路和光電檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，最終經(jīng)過(guò)AD采樣得到煙霧濃度信息；集成溫度傳感器芯片直接采樣得到環(huán)境溫度信息。

（2）輸入輸出模塊：模塊主要功能是將智能火災(zāi)探測(cè)算法的判斷結(jié)果傳輸至控制器，設(shè)計(jì)采用控制繼電器輸出火警/正常信號(hào)、高邊功率開(kāi)關(guān)輸出故障信號(hào)，同時(shí)輸入輸出模塊能夠應(yīng)答系統(tǒng)自檢信號(hào)和工作模式配置信息。

（3）基礎(chǔ)保障電路：維持單片機(jī)正常工作所必須的外圍保障電路，像單片機(jī)在線編程，上電復(fù)提供穩(wěn)定時(shí)鐘脈沖的陶瓷諧振電路。另外為防止程序意外跑飛，除使能看門狗定時(shí)器外，還用單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器設(shè)置了死機(jī)顯示電路。

（4）電源變換模塊：電源變換模塊完成標(biāo)準(zhǔn)消防電壓110V到芯片供電電壓的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)采用換器輸出24V直流電壓，轉(zhuǎn)換效率高，負(fù)載電流可達(dá)lA。（5）串口通信模塊：為方便程序調(diào)試和系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)，設(shè)計(jì)了RS232C串口通信模塊。

（6）PLC處理器：PLC處理器也就是煙氣檢測(cè)控制單元（SDCU）接收來(lái)自煙氣探測(cè)器的信息，并對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行檢控。依靠所檢測(cè)的系統(tǒng)狀態(tài)使公共信號(hào)線受到激活，發(fā)出報(bào)警、故障、準(zhǔn)備就緒等信號(hào)。對(duì)測(cè)試要求作出響應(yīng)，并提供診斷信息。為SD提供電源。

三、煙霧探測(cè)器原理及結(jié)構(gòu)

在動(dòng)車環(huán)境下發(fā)生的大多數(shù)火災(zāi)中，溫度和煙霧是變化最明顯的兩個(gè)物理量，物質(zhì)燃燒的初期階段，伴隨著大量的可見(jiàn)和不可見(jiàn)煙霧顆粒。因此，采用感煙探測(cè)技術(shù)可以較快感應(yīng)到火災(zāi)的發(fā)生。

點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器，它是“主動(dòng)”式探測(cè)器。沒(méi)有煙霧時(shí)，由于光學(xué)迷宮的特別設(shè)計(jì)（即紅外發(fā)光二極管和光電接收二極管的軸向夾角成鈍角等等），光電接收二極管不能直接接收到紅外發(fā)光二極管（在火災(zāi)報(bào)警領(lǐng)域主要采用紅外波段，波長(zhǎng)在900nm左右）發(fā)射的光信號(hào)，當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙霧擴(kuò)散到探測(cè)器的迷宮之內(nèi)會(huì)對(duì)紅外發(fā)光二極管的發(fā)射光產(chǎn)生散射，從而使光電接收二極管能夠接收到散射光信號(hào)，光信號(hào)的大小標(biāo)志著煙霧濃度，也標(biāo)志著火災(zāi)燃燒的程度。

目前主流探測(cè)器是散射光型光電感煙探測(cè)器，散射光型光電感煙探測(cè)器是利用煙霧顆粒對(duì)光線的吸收和散射原理，通過(guò)接收管感知煙霧濃度的變化。

四、感煙探測(cè)器通訊

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中嬉戲傳輸采用CAN線通訊，CAN總線是一種有效支持分布控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，是一種通信速率可達(dá)1Mb/s的多主總線，具有優(yōu)先搶占方式進(jìn)行總線仲裁的作用機(jī)理，錯(cuò)誤幀可自動(dòng)重發(fā)，永久故障可自動(dòng)隔離，不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)正常工作，可靠性高，而且協(xié)議簡(jiǎn)單，開(kāi)放性強(qiáng)，組網(wǎng)靈活，成本較低，能為電力自動(dòng)化提供開(kāi)放性、全分布及可互操作性的通信平臺(tái)。CAN總線具有以下主要特點(diǎn)：

（1）良好的實(shí)時(shí)性。CAN控制器工作于多主方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)（取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符）采用無(wú)損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競(jìng)爭(zhēng)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點(diǎn)使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

（2）良好的傳輸防錯(cuò)能力。CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)最多8個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，受干擾幾率低，且每幀信息都具有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施。

（3）全數(shù)字化的雙向傳輸。用以取代傳統(tǒng)的4～20mA信號(hào)，CAN的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速度在5kb/s以下）；最高通信速率可達(dá)1Mb/s（距離在40m以下）煙氣探測(cè)器及煙氣探測(cè)控制單元通過(guò)公共通信環(huán)、信號(hào)回路彼此連接。信號(hào)回路由多個(gè)區(qū)段構(gòu)成，每個(gè)與兩個(gè)設(shè)備連接。信號(hào)從區(qū)段上通過(guò)參與者（煙氣探測(cè)器或煙氣探測(cè)控制單元）傳送到另一個(gè)片段上。每個(gè)區(qū)段均是一個(gè)獨(dú)立的CAN總線。

五、結(jié)論

智能煙火報(bào)警系統(tǒng)在動(dòng)車安全防護(hù)領(lǐng)域具有舉足輕重的作用，它在保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全、保障生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)秩序和促進(jìn)高速鐵路長(zhǎng)足發(fā)展具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。本文圍繞CRH3型動(dòng)車實(shí)際火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的工程需要，在綜合分析火災(zāi)發(fā)生規(guī)律和探測(cè)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及組成進(jìn)行了分析，對(duì)探測(cè)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了講解，增加了對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。