关于分布智能火灾报警系统产品的探讨

1、关于分布智能火灾报警系统产品的探讨广 东 省 公 安 厅 消 防 局 严 洪深圳市赋安安全设备有限公司 孙 宇耀 华 基（中国）有 限 公 司 李 鑫1. 引言随着建筑物功能的完善，对火灾报警产品技术的要求愈来愈高，如较宽的探测范围、识别燃烧物质的能力、抵御环境影响和抗御误报的能力、方便使用者、可维护性、系统可扩充性等要求；微处理器技术、算法软件、通信技术的发展，使实现这些功能成为可能，分布智能火灾报警系统的发展，多传感器/多判据火灾探测技术的应用为实现这些功能提供了一种可行的解决方案。2. 火灾现象人们对火灾进行研究过程中，发现现场中许多物理、化学现象将伴随火灾的发生而出现或变化。某些参变量

2、与火灾的发生、发展表现为一定的内在联系，其中：. 烟雾（或称气溶胶）是物质燃烧时生成的分子或分子束组成，不同物质燃烧、不同的燃烧方式所产生的气溶胶，在粒径 、色散、偏振、动能等方面均有一定的差别；. 由于某些物质的氧化反应、尤其物质是在有焰燃烧时，伴生着大量的燃烧热，引起局部环境温度的急剧上升；. 火灾的形成及发展过程中，燃烧产生大量的电磁辐射即火焰光谱（如红外线、可见光、紫外线），具有较宽的带宽，尤其在红外到紫外波段具有较强的能谱；这类电磁辐射的频谱带有大量的火源信息；. 燃烧等化学反应的结果，生成大量的气体物质（如：CO、CO、HO、H），如局部空间内有机物的有焰燃烧能使其CO含量迅速达到

3、1500ppm以上，而无焰燃烧产生的CO将达到30ppm左右；. 局部的气场波动（气流、次声波）也是火灾的一大特点，由于高热和火焰的闪烁产生气流和次声波，尤其是次声波有与环境背景极大的反差，等等；这些都可以用某些特定的技术手段捕获。3传统的探测及报警系统31 常见探测器的种类从探测器探测火灾参数划分，常见的火灾探测器有：膜盒探测器、热敏电阻探测器、半导体热敏探测器、感温电缆、感温光缆等的感温型探测器类；离子感烟探测器、光电感烟探测器、红外光电感烟探测器等感烟探测器类；红外火焰探测器、紫外火焰探测器、双波段火焰探测器等火焰探测器类；CO探测器、CO探测器、H探测器、N探测器等气体探测器类；. 次

4、声波探测器类。32 早期的火灾报警系统的技术特点早期的火灾报警系统由制造商在探测器中设定一个阈值，当传感器的信号达到阈值时触发比较电路，探测器输出一个跃变的电压/电流信号，控制器接收到这个信号后，产生报警输出。 在大多数应用环境下，早期火灾报警系统的灵敏度已足够，因为只要能够探测室内常见材料引起的火灾就可以满足要求，最大的问题是探测器误报率比较高。当时制造商解决误报的方法只有两种，一种是增加判断次数或是加入延迟电路以消除来自电路本身或环境的瞬态干扰；第二是精心设计离子室或光电感烟室以及相关的电路，使其对环境影响有一定的补偿作用；但其实际效果不佳。以当时最好的制造商的产品为例，误报率约为3次/1

5、00只·年。33 模拟式火灾报警系统 80年代初期，微处理器技术有了迅速的发展，火灾报警产品也随之出现变化。国外在80年中期，我国在90年代初开始生产模拟式火灾报警系统。这种系统的探测器由传感电路和总线收发电路组成，不具备火灾判断功能，它将所有探测器的传感信号（模拟量）全部传送到控制器中，由带有CPU的控制器进行处理，目前，国内大部分控制器对模拟探测器的火灾判断还主要是采用多阈值判断，并对环境造成的漂移有一定的补偿功能；在国外的控制器中设计了算法软件，将时间概念引入火灾判断之中，它的判据过程通常考虑信号的大小、信号的时间梯度。实际上就是多判据火灾探测的雏形。由于可以对控制器的参数进行

6、自动设置，还产生了昼夜操作模式。与早期火灾报警系统比较，模拟式火灾报警系统有较低的误报率，据国外资料介绍，曾经有过0.96次/100只·年的最好记录。 然而模拟式火灾报警系统仍然存在许多问题，例如：它的运算和存储能力是有限的，它必须采用时间分割方式，去实现既要进行数据处理又要兼顾数据通讯；由于巡检和模拟数据传输占用了CPU的大量时间资源，有限的存储数据不能保证有效的梯度及噪声计算，一旦系统挂接探测器的规模足够大，系统将面临计算和存储资源的匮乏。因此，模拟式火灾报警系统必须对处理速度、计算能力、通讯速度、系统规模等进行折中的技术处理，这就影响了模拟式火灾报警系统的进一步发展。34 传统

7、产品的缺陷 每只/类探测器仅能输出单一的传感器的信号量值，单一功能的传感器不能覆盖全部火灾带宽，单一的信号量值也不能携带足够的火灾信息。从技术的角度上看是可以最大限度地抑制由电路原因、结构原因、甚至于EMI原因引起的误报，但是实践上仍然不能有效地减低由于非火灾原因引起的错误报警。采用单一传感器及传统判据方法的探测器已经发展到了极限，这一点已经在AUBE/92（国际火灾探测会议92年会）达成共识。经典的探测器具有使用局限，让我们通过观察以下四幅燃烧曲线图予以说明：（图一）： 为由欧洲标准EN54规定的木材阴燃火灾实验，为了观察方便，将光电探测器（OPT）的报警点（M=0.1dB/m）与离子探测器

8、（ION）的报警点（Y=1）换算为相同高度，因为阴燃产生较大粒径的白烟使OPT比ION提前大约100S进入报警状态；如果观察温度（NTC）曲线的变化，发现在ION的报警点，温度开始上升，表示火灾已经由阴燃阶段进入有焰燃烧阶段。图二为泡沫塑料明火燃烧实验，由于燃烧产生较小粒径的染色烟使ION比OPT提前60S进入报警，这种情况恰恰与图一相反。图三为庚烷明火燃烧实验，产生大量浓厚黑烟，ION迅速报警，然而OPT一直到实验结束以后也没有达到报警阈值，但是从NTC曲线上，可以发现温度上升很迅速。图四为酒精燃烧实验，系无烟燃烧，ION和OTP均在本底附近变化，一直到实验结束以后也没有达到报警阈值，但是N

9、TC急速变化，及时报警。以上四例说明，单一的传感器不能很好的探测各种火灾，有时还会发生漏报现象，这是十分危险的，应该采取相应的措施补偿。4分布智能火灾报警系统 分布智能火灾报警系统主要有分布智能探测器和具有网络功能的集散智能控制器。41 分布智能探测器的技术特点在MPU技术迅速发展的今天，一种叫分布智能火灾报警系统的技术实现方式的产品日趋成熟和普及，其主要特点是CPU不仅安装于控制器，在每一个探测器和输入/输出器件中也使用了MPU，计算和控制功能分散到探测器和模块上。与模拟式火灾报警系统相比分布智能火灾报警系统有如下优点： 多传感器/多判据火灾探测 新的分布智能探测器一个显著的特点是内置多个传

10、感器，各传感器互为补偿，采用多维参数的组合判断，由CPU 对多个传感器的信息进行分析，判断时根据不同传感器在一定时间间隔内对烟雾的不同反应，以期达到拓展探测范围，提高灵敏度，降低误报率的目的。 适时取得和充分利用传感器的数据 信号处理过程在探测器中进行，MPU可以随时监视传感器的输出信号和环境信息，采用3D（光电、感温、时间）、4D（光电、感温、气体、时间）（光电、离子、感温、时间）等处理技术，判断的依据是各传感器的数据及持续时间。探测器的判断不必受巡检时间的限制，同时可以将自诊断的信息应用于计算和判断。 针对特殊地点的编程应用 可以针对探测器的安装地点进行编程，使探测器与探测环境互相匹配，从

11、而达到最佳的探测效果，同时特殊的编程也可以使探测器方便的对温度、湿度、灰尘的影响进行补偿。 可靠的通讯 因为探测器已经对信息进行了处理，所以需要传送到控制器的信息量比较少，由于控制器和探测器全部具有智能，控制器可以定时询查探测器的状态，探测器也可以在发生变化时将自身状态传送到控制器，也就是说，在正常情况下，可以根据IS07240-1的要求，每100秒对探测器进行一次查询，这样可以将通讯带宽压缩的很窄，不需要复杂的硬件和纠错算法就可以达到可靠通讯的目的，同时也具有较高的抗EMI干扰的能力和低的功耗。 降级安全模式 当因为特殊原因造成通信故障时，探测器保持全部探测智能，一旦发现火警，除不能向控制器

12、发送火灾地址和具体数据外，可以采用降级安全模式向控制器报告火警，也可以启动自身驱动的继电器，进行灭火联动， 分布智能火灾报警系统将不必再为控制器的存储容量等资源情况担心，系统的扩大必然伴随着计算能力和存储容量的扩大，同时也可以简化相关的软件的设计。42 多判据火灾探测技术特点 来自同一传感器的信号携带有不同的火灾参数，例如信号绝对值的大小、测试步长内信号的梯度、趋势及噪声、信号的波动等，利用这些信息可以对信号产生源进行分析，可以剔除一些非火灾因素，对于抑制误报具有实际意义，但是如果处理的不好也容易发生漏报现象，解决漏报问题通常需要借助多传感器技术。对于某些探测器有一些特殊的方法可以判断火灾源，

13、例如使用光电感烟探测器时，最多的问题是灰尘进入测试区域造成的误报，有一种双电流方法，是基于在入射波长和散射角确定时，调整发射元件的电流，使入射光强度发生变化，这时小颗粒的烟气溶胶与相对较大颗粒的灰尘或水蒸气的散射光强度具有不同的变化规律，设计一个算法软件，可以区别灰尘与烟气。 离子感烟探测器的双电压方法是一个比较好的例子，上图实验表明在5V和15V电压下，烟气、水蒸气的电离电流显示明显不同的变化规律，水蒸气比烟气的饱和电流低，引入参数X和Y，定义X=（I0-I）/I0|V=5v，定义Y=（I0-I）/I0|V=15v，I0为洁净空气的电离电流，I为变化后的电离电流，V是电离室偏置电压，可以利用

14、以下规律对引起电离电流变化的原因进行判断： 采用昼夜模式是假定白天及夜晚人们的活动方式不同，危险性也不同，当无人或人员睡觉时危险性比较大，所以在白天可以使灵敏度低一些，夜晚灵敏度就要高一些。423 多传感器/多判据火灾探测的技术特点 对不止一种火灾现象作出响应的探测器（ISO/EN），我们称之为：OPT/NTC方式 利用NTC补偿是最简单廉价的方式，它解决了光电探测器在有焰燃烧时无响应或响应较慢的问题；通常情况下，可以取代离子探测器，减少放射源的使用。INO/OPT/NTC方式比OPT/NTC方式能更早的发现有焰自由燃烧。OPT/CO/NTC方式和INO/CO/NTC方式 这是一种用于广域探测

15、的探测器，可以提高探测灵敏度，减低误报率，其中第一种类型具有更高的响应速度和更宽的响应范围。4.3 集散智能的报警控制器的技术特点 在我国标准中对控制器的可归纳为：区域报警系统、集中报警系统和控制中心系统等三种基本形式。现在的集散智能报警器已没有集中与区域之分，大多采用控制中心形式的通用型控制器，其主要特点是： 双向智能技术 双向智能总线是对通过分布智能探测器送回的信息的二次信号处理、分析，并与附近其它探测器比较后，准确无误的给出报警信号和故障信号。 先进的网络功能 控制器采用模块化方式，可根据不同的需要，进行扩展；控制器之间采用网络方式，网络为多重优先级网络或对等通讯网络。网络上所有控制器之

16、间信息可以共享，所有控制器平等通讯，可以独立的收发信息，且每一个控制器都能重整通讯信号，有纠错和容错能力。 方便可靠的联动控制 集散智能控制器可以配接多种输入、输出模块，控制器可根据不同的报警等级而控不同的联动设备；控制模块可以根据需要作延时启动；在网络系统中的各种联动控制装置可以跨越不同的控制器进行联动。 显示直观、操作简单 集散智能控制器有液晶LCD显示器，可给出详细的系统报警、故障信息。设有多层次密码保护，以便授权人员能通过面板键盘进入系统查看系统内参数或修改设定。集散智能控制器的编程方式可根据用户不同显示及控制要求而编写，完全做到现场编程，通常编程可在主机上或外接计算机上完成。 有通讯

17、接口可与其它系统相连集散智能控制器应有多个网络及串行接口，且接口应符合相应的国际通讯标准，可以很方便配接计算机CRT平面图形显示及存储系统，也可与楼宇自动控制系统BAS联接，集中显示管理。5部分国外模拟量和分布智能火灾报警系统产品性能一览表部分国外分布智能及模拟量报警设备功能一览表生产商 主要参数相配接的探测器性能地址设定方式及总线方式主控机信息显示方式及打印机配置可否配接计算机中文CRT图文中心一个回路容量一台控制器的最大容量组成网络后的容量网络结构探测器控制器美国江森IFC-2020配接模拟量探测器，采用对变化幅度和时间的二维处理，可对上升速率进行分析。采用十进制拨码，完全二总线，可环形也

18、可分支接线英文液晶LCD显示，可选配英文打印机可99个智能探测器+99个智能模块，共198个地址。最多有十个回路，1980个地址。最多八台主机组成网络，可配15840个地址对等通讯网络PEER-TO-PEER美国SYSTEM SENSOR美国NOTI FIER加拿大胜安MR-2900配接模拟量探测器，采用对变化幅度和时间的二维处理，可对上升速率进行分析；也可配接分布智能复合探测器（3251），对不同传感器的信息进行综合处理，为四维处理。采用十进制拨码，完全二总线，可环形也可分支接线中文液晶LCD及英文液晶双显示，标准配置中文打印可99个智能探测器+99个智能模块，共198个地址。最多有十六个回

19、路，3168个地址最多200台主机组成网络，可配60万个地址对等通讯网络PEER-TO-PEER美国SYSTEM SENSOR加拿大胜安美国霍尼维尔FS90+配接模拟量探测器，采用对变化幅度和时间的二维处理，可对上升速率进行分析。采用十进制拨码，完全二总线，可环形也可分支接线英文液晶LCD显示，可选配英文打印机可99个智能探测器+99个智能模块，共198个地址。最多有九个回路，1782个地址无美国SYSTEM SENSOR美国爱德华美国霍尼维尔XLS1000配接模拟量探测器，采用对变化幅度和时间的二维处理，可对上升速率进行分析；也可配接分布智能复合探测器（4D），对不同传感器的信息进行综合处理

20、，为四维处理。采用连线顺序确定编码，为有入/出方向的二总线，只能环形接线。英文液晶LCD显示，可选配英文打印机可125个智能探测器+125个智能模块，共250个地址。最多有十个回路，2500个地址最多64台主机组成网络，可配8万个地址对等通讯网络PEER-TO-PEER美国爱德华美国爱德华美国爱德华EST3配接模拟量探测器，采用对变化幅度和时间的二维处理，可对上升速率进行分析；也可配接分布智能复合探测器（4D），对不同传感器的信息进行综合处理，为四维处理。采用连线顺序确定编码，为有入/出方向的二总线，只能环形接线。英文液晶LCD显示，可选配英文打印机可125个智能探测器+125个智能模块，共2

21、50个地址。最多有十个回路，2500个地址最多64台主机组成网络，可配8万个地址对等通讯网络PEER-TO-PEER美国爱德华美国爱德华美国新普利斯SIMPLX配接模拟量探测器，采用对变化幅度和时间的二维处理，可对上升速率进行分析。采用二进制拨码，完全二总线，可环形也可分支接线英文液晶LCD显示，可选配英文打印机可127个智能设备最多有八个回路，1016个地址最多99台主机组成网络，可配9万个地址对等通讯网络PEER-TO-PEER日本报知机美国SIMPLX日本报知机HRK配接模拟量探测器，采用对变化幅度和时间的二维处理，可对上升速率进行分析。采用写码器进行编码，完全二总线，可环形也可分支接线

22、日文汉字液晶LCD显示，有日文汉字打印机可127个智能设备最多有十六个回路，2032个地址无日本报知机日本报知机日本松下IFS2000Z配接模拟量探测器，只对变化幅值（阈值）处理。采用写码器进行编码，完全二总线，可环形也可分支接线中文汉字液晶LCD显示，有中文汉字打印机可127个智能设备最多有四个回路，508个地址最多30台主机组成网络，可配1.5万个地址主-从网络日本松下瑞典泰利日本能美R21Z配接模拟量探测器，只对变化幅值（阈值）处理。采用写码器进行编码，完全二总线，可环形也可分支接线日文汉字液晶LCD显示，有日文汉字打印机可510个智能设备最多四个回路，2040个地址无日本能美日本能美日

23、本日探NF-3E配接模拟量探测器，只对变化幅值（阈值）处理。采用二进制拨码，完全二总线，可环形也可分支接线日文汉字液晶LCD显示，有日文汉字打印机可255个智能设备最多九个回路，2295个地址无日本日探日本日探德国安福664-F配接模拟量探测器，只对变化幅值（阈值）处理。采用二进制拨码，完全二总线，可环形也可分支接线英文液晶LCD显示，可选配英文打印机可127个智能设备最多有八个回路，1016个地址最多217台主机与一台PC机组成网络,有20万地址主-从网络德国安福德国安福瑞士西伯乐斯 S113、S115配接模拟量探测器（113系列），采用对变化幅度和时间的二维处理，可对上升速率进行分析；可配接分布智能复合探测器（115系列），对不同传感器的信息进行综合处理，为四维处理。采用连线顺序确定编码，为有入/出方向的二总线，只能环形接线。中文液晶LCD显示，可配中文打印机可127个智能设备最多八个回路，1000个地址设备可组成网络，最多5万多个地址对等通讯网络PEER-TO-PEER瑞士西伯乐斯瑞士西伯乐斯6期待的新产品应有