火灾自动报警系统设计可靠性分析

摘要：火灾自动报警系统的设计形式一般分为三种：控制中心自动报警系统、集中火灾自动报警系统和区域火灾自动报警系统。 不论火灾自动报警系统规模如何、功能需求怎样，系统的误报率与可靠性都是设备选型的两大重要因素，所以应当优化设计，选用先进设备与产品，进行优化施工，合理进行使用和维护。本文对火灾自动报警系统设计进行可靠性分析。

关键词：火灾自动报警系统，可靠性分析，方法。

中图分类号：X928.7 文献标识码：A 文章编号：

一、火灾探测系统可靠性分析

对于火灾探测系统, 人们主要关心其在未来使用过程中某一时间正确响应各种火灾事件的能力。由于火灾事件具有不确定性, 探测系统可靠性往往依赖于对过去与现在的信息估计而得出的概率分布等统计信息。

火灾探测系统可靠性的总体要求是在正常使用过程中及各种复杂恶劣环境下, 最大限度减少探测系统的误报率和漏报率, 提高探测系统早期预报能力及可维修度。火灾探测系统可靠性评价的主要内容是通过对火灾探测系统、系统构成组件及系统存在环境之间相互影响、相互作用的原因及过程进行统计分析, 对未来各种情况下火灾探测系统的运行状况提出预测及优化方案。

火灾探测系统中各种探测器的设计、选型与安装中出现的问题, 以及各类控制器及控制软件中出现的问题, 都是造成火灾探测系统误报、漏报的根本原因。因此, 在各类探测器及控制器、控制软件的设计中, 要求能在各类复杂环境中正确提取分析火灾过程产生的烟雾、火焰等特征信号信息; 在探测系统的安装中, 要求根据安装环境中建筑结构特点、安装环境下火灾的烟气输运规律等因素对探测器的种类及数目进行合理选择及布置。其次, 必须对各类探测器、控制器的生产进行质量标准化管理, 对相关算法及控制软件进行反复测试, 及时修理更换已失效的探头、连接器等组件, 必要时需要考虑冗余技术。

二、可靠性设计的方法

（一）硬件可靠性设计

1 火灾探测器的可靠性

火灾探测器是火灾自动报警系统设置在重点防火部位的电子眼, 它昼夜不停地监视着烟、温、光等火灾先兆, 它的可靠性是整个系统可靠性的关键。

为保证系统的高度可靠性, 要求探测器探头在防腐、防潮、屏蔽、密封等结构上要做特殊设计,探测器内部电子线路在抗干扰及适应南北气候条件等方面符合使用要求。将探测器内电子线路改为集成电路, 可提高其防腐、防潮、防老化、抗干扰等性能, 使其可靠性大大增强。智能大厦中央空调系统的冷凝管道, 遇到冷空气就会在导线周围形成细小的水珠, 积聚多了就会沿导线渗透到探头的底座接线端子上, 严重时一直渗透到探头线路部分, 造成锈蚀, 破坏了探头的正常工作, 直接影响探头内电子线路的寿命及可靠性。因此, 探头的接线底座设计方面要采取堵塞和排除渗水的底座结构设计,探测器底座接线口处要采用玻璃胶密封, 以防水、防潮。

探测器的选用应注意以下几点: 1）正确选择探测器型号、合理设置探测器数量。火灾探测器根据其探测方法及原理可以分为感温式、感烟式、火焰式、可燃气体和复合式探测器等几种类型。不同类型的探测器有其不同的适用环境, 因此在设计中应根据不同的设置场所来选择相应的火灾探测器。在施工过程中要严格按照规范的要求安装探测器, 不能出现安装间距过大, 安装位置距墙、梁、空调送风口过近等现象, 否则将直接影响探测器的灵敏度和火灾确认时间。2）选用多传感器/ 多判据探测器。传统的单传感器不能将早期火灾信号和香烟、厨房烟、水蒸气等非火灾信号区分开来, 因而容易引起误报警。而多传感器/ 多判据探测器采用冗余设计的方法, 增加了信息的冗余度。由于系统中使用了多种探测器, 系统将所有传感器获取的信息融合在一起, 得出在现场条件下火灾的发生情况。具有识别率高、探测时间短、误报率低的优点。

2 抗干扰设计

1）火灾探测器的信号较弱, 传输线较长, 应当采用屏蔽, 以减少电磁辐射影响和传导耦合干扰,探测元件引线和联接电缆应采用耐火电缆并外加机械保护。2）系统应设置直流和交流两路电源, 当交流电源断电时, 系统应能自动切换到直流事故电源上, 直流事故电源容量应能满足24h 使用的要求。3）系统应在相应的房间和区域设置手动报警按钮。

3 引入现场总线技术

随着现场总线技术的不断成熟, 将现场总线技术应用到火灾自动报警监控网络乃至整个智能大厦的管理系统中去, 已成为必然趋势。CAN 总线是一种支持分布式实时控制系统的串行通信的局域网络, 已广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信。它可以多主方式工作, 网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息, 而不分主从, 通信方式灵活, 因此可以很方便地构成冗余系统。CAN 采用短帧结构, 传输时间短, 受干扰概率低, 每帧信息都有CRC 校验及其他检错措施, 数据出错率极低。CAN 具有很强的抗干扰能力, 其节点在错误严重的情况下具有自动关闭总线的功能, 切断它与总线的联系, 以使总线上其他操作不受影响。

（二）软件可靠性设计

1使用相应的火灾模式识别, 形成火灾智能报警系统

传统火灾报警的判断方法和依据是根据预先设定的某一阀值( 恒定型) 或阀值区域( 浮动型) 的比较, 通过设定一个( 或多个) 判断阀值,一旦所探测的火灾物理信号超过该阀值, 就发出火警。阀值法尽管较为简便, 但在很大程度上依赖于传感器的灵敏度, 且易受偶尔出现的其他信号的干扰, 产生误报警和漏报警。例如, 有多人在一小空间内抽烟, 产生大量的烟雾, 这一般是不会产生火灾的, 阀值法在这时则可能产生误报警。而当电线超载时, 在短时间可能感受不到热、烟, 但一旦感受到, 则可能已发生轰燃或已形成难以控制的火灾, 阀值法在这时可能产生漏报警。火灾智能报警系统是把火灾探测器所在环境的烟浓度或温度对时间变化的数据传送给计算机, 计算机根据由模型实验、数值计算和现场调研得到的事先储存在智能数据库内有关火灾形态资料, 对收集回来的数据进行分析比较, 才决定接收来的资料是否显示有真正火情, 从而作出报警决定。

2建立建筑物火灾数据库及相关灭火方案的专家指导系统

深入研究可燃物基本热物性, 可燃物热解、着火、燃烧、燃烬规律, 有限空间轰燃机理, 烟气流动、扩散的混沌机理及其描述方法。通过实验室实验、现场调研以及数值模拟, 可积累起有关建筑物火灾基础数据, 在此基础上建立建筑物火灾数据库。并最终建立有关灭火方案的专家指导系统。

3在系统中应用人工智能技术

火灾具有复杂性和多变性, 火灾中的许多特征, 难以用精确的数学公式加以描述, 实际的探测信号往往难以与预先给出模式完全吻合, 这就要求系统主机在模式识别过程中具有较强的模糊类比、识别和容错能力。火灾探测器所获得的有关火灾孕育、形成期的物理信号, 往往并不能简单、直接地说明火灾爆发的“是”与“否”, 而是给出了燃烧现象对火灾形成的从属程度, 即火灾爆发的几率。人工智能中的模糊逻辑理论、人工神经网络等技术, 在处理非线性问题, 捕捉难以用精确公式描述的信息方面, 具有一定的优越性, 而其较强的模糊类比、高容错性, 样本自学能力, 是实现复杂模式分类与辩识的有效工具。因此, 将模糊逻辑理论、人工神经网络等技术的智能火灾报警系统具有高度的可靠性。

三、结语

防火自动报警系统随着技术的进步,将不断丰富其功能, 可靠性也必将不断提高。火灾探测器将向多传感器/ 多判据及智能型发展。控制方式将由传统的集散型DCS 向基于现场总线的新一代现场总线控制系统FCS 过渡。

参考文献：

参考文献

1 阳宪惠. 现场总线技术及其应用. 北京􀀁 清华大学出版社, 1999

2 李引擎等. 建筑安全防火设计手册. 河南􀀁河南科学技术出版社, 1998

3 涂建新. 点型火灾探测器应用中存在的问题与对策. 建筑电气, 2000 ( 4)