環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控火災聯(lián)動模式失敗原因分析

姚 瑤，王軍鵬

（武漢地鐵運營有限公司，湖北武漢 430000）

0 引言

火災自動報警系統(tǒng)（Fire Alarm System，F(xiàn)AS）是地鐵消防系統(tǒng)中重要組成之一。它能盡早的探測火災并發(fā)出警報、提醒人們撤離，盡快采取滅火救援措施，并具備對各種滅火、防火設(shè)施進行聯(lián)動控制功能。因此，在相對封閉，災害發(fā)生時疏散、救援難度大的地下建筑中起著至關(guān)重要的作用[1]。

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（Building Automatic System，BAS）是對地鐵建筑物內(nèi)的通風空調(diào)系統(tǒng)、給排水、自動電/扶梯、低壓配電等車站設(shè)備進行自動化監(jiān)控及管理的自動化控制系統(tǒng)。

以武漢市軌道交通3號線一期工程為例，此線路于2015年12月28日開通運營，線路FAS系統(tǒng)選用honeywell生命安全集團旗下notifier的NFS2-3030消防系統(tǒng)，按中央級和車站級兩級調(diào)度管理，中央、車站、就地三級監(jiān)控的方式設(shè)置，實現(xiàn)對全線車站、主變電所、風井、車場、車輛段及區(qū)間等建筑的火警的探測、監(jiān)視和控制[2]。車站級FAS系統(tǒng)ISCS（Integrated Supervisory Control System，綜合監(jiān)控系統(tǒng)），并通過ISCS網(wǎng)絡(luò)將車站級的信息傳遞給中央級。車站級FAS系統(tǒng)一般由觸發(fā)裝置、報警裝置、警報裝置、電源以及消防控制設(shè)備組成，通過RS485通信線或硬線的接口方式與防火卷簾門系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、水消防系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、ISCS系統(tǒng)、BAS系統(tǒng)等系統(tǒng)連接，系統(tǒng)配置如圖1所示。

圖1 車站FAS系統(tǒng)配置

線路BAS系統(tǒng)選用施耐德電氣公司的可靠性、穩(wěn)定性、安全性最高、性能最高的Unity系列冗余PLC產(chǎn)品,車控室IBP（Integrated Backup Panel，綜合后備盤）設(shè)置有M340系列非冗余PLC產(chǎn)品，安裝了可編程串口通信模塊，內(nèi)置2個獨立的可編程RS485接口，可以將FAS系統(tǒng)下達的火災模式指令信息通過光纖環(huán)網(wǎng)傳遞給分布在車站兩端的冗余PLC，系統(tǒng)配置如圖2所示。

圖2 車站BAS系統(tǒng)配置

運行的環(huán)控模式分為正常模式和災害模式。當BAS系統(tǒng)運行正常模式時，BAS系統(tǒng)能夠確保所監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備處于安全、可靠、高效、節(jié)能的最佳運行狀態(tài)；當BAS系統(tǒng)運行列車阻塞的災害模式時，它更好地協(xié)調(diào)車站設(shè)備的運行，充分發(fā)揮各種設(shè)備的功能，保證乘客的安全。當BAS系統(tǒng)運行火災模式時，由火災報警控制器向BAS發(fā)火災模式指令，BAS系統(tǒng)實現(xiàn)對防排煙系統(tǒng)火災模式的控制。

1 典型案例

1.1 BAS系統(tǒng)火災模式下發(fā)的定義

火災模式下發(fā)失敗指BAS系統(tǒng)無法對車站和隧道機電系統(tǒng)所監(jiān)測的設(shè)備實現(xiàn)控制功能，模式下發(fā)后相應(yīng)設(shè)備未按照設(shè)定的模式運行。

1.2 案例介紹

2017年,在對武漢軌道交通3號線進行消防聯(lián)動測試時，發(fā)現(xiàn)FAS主機接收到同一防火分區(qū)的2個獨立的火警信號后，除BAS系統(tǒng)聯(lián)動的設(shè)備外，其余設(shè)備均能正常聯(lián)動，同時，IBP盤屏幕上未顯示車站對應(yīng)區(qū)域的火災模式，防排煙系統(tǒng)無法正常進入聯(lián)動、無法及時排煙。

1.3 故障原因分析

當發(fā)生火災時，F(xiàn)AS系統(tǒng)的火災報警控制器將火警信號通過LPI-MODBUS通信卡傳遞給車控室BAS系統(tǒng)的綜合后備盤后，再通過IBP的PLC內(nèi)的RS485接口傳送到BAS系統(tǒng)光纖自愈環(huán)網(wǎng)中，從而被車站主從兩端的BAS系統(tǒng)讀取，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 車站FAS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

（1）FAS主機與BAS通信的通信板卡故障，導致火災模式指令無法從FAS主機發(fā)出。

（2）車控室內(nèi)，接收FAS主機火災模式的IBP盤出現(xiàn)PLC模塊故障，導致車站BAS系統(tǒng)無法接收到FAS主機發(fā)送的火災模式指令。

（3）車控室FAS系統(tǒng)與IBP盤通信的網(wǎng)線故障。

1.4 故障處理關(guān)鍵步驟

（1）根據(jù)IBP盤屏幕上未顯示車站對應(yīng)區(qū)域的火災模式推斷此次故障最可能是由于FAS主機與IBP盤PLC出現(xiàn)通信故障導致。

（2）熟悉圖紙，明確方向。通過對BAS系統(tǒng)竣工圖和專業(yè)之間接口的了解，明確處理問題的方向。判斷模式下發(fā)失敗，設(shè)備未聯(lián)動是由于FAS主機下發(fā)模式發(fā)送失敗導致還是由于IBP盤未接收下發(fā)模式導致或者是由于FAS主機與IBP盤通信的連接線纜故障。

（3）逐步排查，縮小范圍。測試FAS系統(tǒng)內(nèi)的LPI-Modbus卡能否通過RS485總線發(fā)出火災模式信號。因此，排除FAS主機下發(fā)模式發(fā)送失敗。通過串口調(diào)試工具對BAS數(shù)據(jù)進行接收測試，發(fā)現(xiàn)在RS485總線的IBP盤可以正常接收到信號。排除FAS板卡和連接線纜的問題。

（4）通過重新下載IBP盤PLC程序，發(fā)現(xiàn)下載相同程序后，設(shè)備可正常接收聯(lián)動信號，因此排除BAS系統(tǒng)內(nèi)硬件設(shè)備故障。在確認于是，通過對FAS系統(tǒng)與BAS系統(tǒng)的接口文件進行深入分析，BAS系統(tǒng)每500 ms檢測一次與FAS系統(tǒng)通信通道是否正常，且連續(xù)3次發(fā)送數(shù)據(jù)失敗，則BAS確認通信故障。利用專用串口調(diào)試工具對通信數(shù)據(jù)傳輸丟包情況進行測試，測試BAS系統(tǒng)在不同檢測時間內(nèi)與FAS系統(tǒng)的通信丟包情況見表1。

表1 FAS系統(tǒng)通信丟包情況

當BAS系統(tǒng)定時輪詢讀取FAS系統(tǒng)數(shù)據(jù)時間設(shè)置為500 ms時，通過測試數(shù)據(jù)丟包情況，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在嚴重丟包現(xiàn)象。分別將定時輪詢時間修改成 1 s，1.5 s，2 s，2.5 s，3 s時，測試出定時輪詢修改為2 s時，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、無丟包。因此，對未正常聯(lián)動的車站的IBP盤的程序進行修改，圖4為IBP盤PLC的程序修改部分，圖5為IBP盤PLC的程序硬件設(shè)置修改部分。觀察后續(xù)消防聯(lián)動測試，未再次出現(xiàn)類似問題。

圖4 IBP盤PLC的程序修改部分

圖5 IBP盤PLC的程序硬件設(shè)置修改部分

2 改進措施及建議

（1）針對火災模式下發(fā)失敗的這種情況，應(yīng)開展全線網(wǎng)的摸排，在確定硬件設(shè)備無故障卻無法聯(lián)動的現(xiàn)象應(yīng)該考慮到數(shù)據(jù)傳輸中丟包的問題，同時，將FAS與BAS通信的測試增加為月檢或季檢內(nèi)容。

（2）前期設(shè)備調(diào)試時，考慮測試條件有限，現(xiàn)場環(huán)境干擾、設(shè)備選用品牌、同種品牌生產(chǎn)批次質(zhì)量不同等不確定因素，因此，增加對傳輸數(shù)據(jù)丟包情況的測試，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。

（3）對車站消防聯(lián)動過程中對發(fā)現(xiàn)的問題如實記錄并盡快落實整改。

（4）加強對線路設(shè)備的學習。不同線路，使用的產(chǎn)品不同，設(shè)計也略有差異。應(yīng)熟悉竣工圖中的設(shè)計要求，BAS系統(tǒng)與其他設(shè)備系統(tǒng)之間的接口文件及現(xiàn)場施工，以便迅速鎖定故障原因，達到事半功倍的效果。