智能火灾报警系统的设计

【摘要】智能火灾报警系统是由火灾控制器和多个探测控制单元组成。探测控制单元由探测控制器和烟温探测器及吸气式探测器构成，各单元之间采用CAN总线、RS485总线进行通讯。系统设计了两台火灾报警控制器和两个RS485通讯总线，确保对整个系统进行有效监控。

【关键词】火灾；智能报警系统设计；CAN通讯总线；RS485通讯总线

当有火情时，智能火灾报警系统能及时准确地发出火警信号，并准确地显示火情发生的地点。它具有火灾报警功能、火灾报警控制功能、故障报警功能、自检功能、信息显示与查询功能和供电功能等。

一、智能火灾报警系统结构的设计

智能火灾报警系统分两大部分组成，一部分是监控中心，一部分是被监控场室。本系统的功能是对被监控场室进行24小时的火灾监控，被监控场室一旦有火情，监控中心系统将控制声光系统进行报警。

每个被监控场室都有一个探测控制单元，该探测控制单元由探测控制器（简称FDC）和若干烟温探测器（简称SHD）及吸气式探测器（简称ISD）构成。每个场室内的探测控制单元和放置在监控室的两台火灾控制器（简称FCU）构成火灾报警系统。

智能火灾报警系统中的火灾报警控制器FCU有一路CAN总线，与探测控制器FDC之间采用CAN BUS方式进行信息交换和管理。

探测控制器FDC还有两路独立的RS485总线，包含了电源总线（DC 24V）和信息通讯总线（RS485）与本场室的探测器连接形成环网。

每个烟温探测器SHD（或吸气式探测器ISD）有两路独立的通讯（RS485）端口，结合探测控制器FDC的两路独立总线，探测单元内的所有探测器用串接的方式连接，与探测控制器构成环形网络，具有冗余功能。

FCU还有一路RS485接口，专为整个区域的微机网络控制系统CMS提供系统内各个SHD的火警和故障信息。FCU备有USB形式的虚拟串口，外部设备（如电脑）通过该接口可下载火灾报警系统中的火警、故障等信息和以便系统维护。

智能火灾报警系统结构参见系统拓扑图，如图1所示。

图1 智能火灾报警系统拓扑图

为了增强系统的可靠性，确保万无一失，整个智能火灾报警系统还考虑了冗余设计：

1.主备冗余

系统设计两台火灾报警控制器FCU，采用同时工作的模式。两台FCU必须同时启动工作，互为热备。当一台FCU发生故障，通过另一台FCU仍可以对整个系统进行监测管理，而且可以查询各个探测器的状态以及历史记录，可以上报火警信息等，从而实现整个系统的双机热备控制。

2.通信冗余

当探测器回路出现断点时，探测控制器的两个RS485仍能分别管理与其连接的SHD或ISD，并分别检测与其相连的SHD或ISD，从而保证所有探测器能正常工作并保证信息不丢失。当两台火灾报警控制器之间回路出现断点时，两台火灾控制器仍能分别管理与其连接的探测控制器，从而保证系统正常运行。

二、智能火灾报警系统的接口设计

（一）智能火灾报警控制器（FCU）的接口

本系统中的FCU采用了CAN BUS和RS485两种接口技术，如图2所示。

图2 FCU端口示意图

1.CAN通讯总线

系统中的两台FCU之间、FCU与FDC之间是通过CAN BUS进行信息交换，由于CAN BUS有多主通讯的特性，因此两台FCU及其他FDC在实际运行时是无需分主次的。同时，两台FCU之间还有一条CAN BUS通讯线，两条通讯线中的任一条断线，对系统性能没有影响。CAN_BUS采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。

CAN BUS上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信，具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、可靠性强、成本低等优点。

由于本系统采用CAN BUS，因此可以将网络操作显示器作为网络的一个节点连接在CAN BUS上，显示出网络上所有节点控制器的内部信息，并可以对节点控制器的配置参数进行调整。该操作显示器直接安装在控制器的面板上，作为显示操作面板，对系统内各设备进行现场调试及查询各控制器的工作状态。

2.RS485通讯总线

FDC采用RS485方式与各个探测器进行信息交换和管理，信息交换内容包含有：每个探测器的火警、故障监测结果。

FCU与微机网络控制系统CMS之间的信息交换采用RS485通讯方式。通过RS485通讯，FCU可将每个SHD及ISD的火警监测和故障监测状态传送到CMS。

通过RS485通讯，CMS可以通过指令的方式使得火灾报警控制器的时钟与系统同步。

（二）探测控制器（FDC）端口

FDC有两路独立的RS485接口，由RS485和DC 24V电源构成，通过这两路独立的总线接口与各个烟温探测器（SHD和吸气式探测器（ISD）构成环形的探测器网络。这种串接的环形网络的特点是：可提高网络通信的可靠性并具有冗余功能；可实现探测器自动编组（编号），以便于系统管理。

FDC另有一路CAN BUS接口分别连接火灾报警控制器（FCU）主机及其他场室的探测控制器。具有冗余功能；可实现自动编组（编号），以便于系统管理。

管理内容包含有：向火灾报警控制器发送某个探测器的运行参数和修改运行参数，如温度报警阈值、烟雾报警灵敏度等；接收火灾报警控制器的命令对探测器参数进行修改。如图3所示。

图3 探测控制器FDC端口示意图

图4 探测器端口示意图

（三）探测器（SHD）吸气式探测器（ISD）接口

如图4所示，SHD及ISD核心由烟雾传感、环境温度传感、信号处理和双独立RS 485通信接口等部分组成。其中烟雾传感部分由迷宫式暗室、红外光接收发射装置、光学透镜和有一定防尘防虫作用的滤网组成，采用光散射原理对外部烟雾进行探测，当外部烟雾粒子浓度在连续时间内（可设定）大于等于烟雾浓度报警阈值（可设定）时向外提供烟雾报警信息。

环境温度的监测采用了数字式温度传感器，温感器的作用除了监测环境温度之外还给烟雾信号处理电路提供了温度补偿的作用。温度报警采用了定温方式，当监测到环境温度在连续时间内（可设定）大于等于温度报警阈值（可设定）时向外提供温度报警信息。

SHD或ISD的每个RS485端口既可收发数据也可起到通讯中继的作用，此种点到点的通讯模式其特点是线驱动能力强，负载小，因而节点与节点之间在较远的距离情况下仍可采用高速率进行通讯，这样即可提高了通讯信息的流量也提高了通讯的可靠性。

FCU除了可以通过FDC从SHD（或ISD）读取报警信息之外，还可以读取当前烟雾检测浓度、当前温感温度值和SHD（或ISD）自身检测到烟雾、温感的故障信息。

SHD及ISD具有污染度报警功能，当探测器被灰尘污染或电子元件参数发生变化，可能会发生误报火警时，火灾报警控制器将显示该探测器的污染情况，并报故障提（下转第114页）（上接第112页）醒用户对该控测器进行维护，从而做到零误报。

ISD还具有风压指示功能，当吸气压力小于一定值时，火灾报警控制器将报该探测器故障，同时探测器的压力指示灯亮，以提醒用户对该探测器进行维护。

三、智能火灾报警系统的特点与基本电气特性

（一）智能火灾报警系统的主要特点

本系统适用于计算机房、资料室、配电室、变电站、通讯基站、餐厅、酒吧等小型消防报警工程的应用。本系统最突出的特点是具有主备冗余及通信冗余功能，确保系统工作可靠。其他的功能特点有：

1.火灾报警功能，能通过感烟探测器、感温探测器、输入模块、手动报警按钮等火灾触发器件接收火灾报警信号，显示火警信息。可根据相邻探测器进行复合判断；

2.联动控制功能，能通过输入输出模块根据报警信息控制消防设备，可显示设备动作反馈信息；

3.监管报警功能，能通过输入模块接收盗警、可燃气报警、水流指示器报警、压力开关动作等信号，实现监管报警，并可实现联动；

4.屏蔽功能，能够对各总线部件进行屏蔽，能够对火灾声光警报输出进行屏蔽；

5.故障检测功能，能自动检测线路故障、部件故障、电源故障等，以声、光信号发出故障警报，显示故障信息；

6.系统测试功能，能登录部件编号及当前地址，可直接进行地址设置、编程；能查看探测器检测值；能够对回路任一部件进行自检；

7.网络通讯功能，可实现局域联网通讯；具有RS-232/485串行通讯接口，可与楼宇自动化或其它系统相连；

8.黑匣子功能，能自动存储火警、预警、监管、故障等历史记录信息；

9.打印功能，能自动打印火警、预警、监管等信息，并能打印部件清单等；

10.主、备电自动切换功能，能进行主、备电自动切换，并具有相应的指示；

11.操作权限，为防止无关人员误操作，可通过密码限定操作级别，密码可任意设置。

（二）智能火灾报警系统的基本电气特性

1.火灾报警控制器基本电气特性

引用标准：GB 4717-2005《火灾报警控制器》；

输入电源电压：浮地制DC 24或DC 110V；

功耗：≦8W；

通讯方式：1路RS485，1路CAN，1路USB虚拟串口；

显示屏显示格式：字符采用LCD屏，256* 64点阵；

报警音量：距声源300mm处：火警：80dB、故障：70dB；

联动输出1、2：固态继电器触点，触点电流：DC 0.2A @ 110V；

2.探测控制器基本电气特性

引用标准：GB 4717-2005《火灾报警控制器》；

输入电源电压：浮地制DC 110V；

功耗：≦15W（按带6个探测器计算）；

通讯方式：2路RS 485，1路CAN BUS；

电源输出：DC 24V；

3.烟温探测器基本电气特性

参考文献

[1]张培仁.CAN现场总线监控系统原理和应用设计[M].中国科学技术大学出版社，2011.

[2]火灾自动报警系统设计规范GB 50116-2013[Z].

作者简介：曾敏（1975—），女，湖南益阳人，大学本科，工科学士，电子讲师，中山市中等专业学校电子科教学干事、专业教师，研究方向：电子技术。

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