海湾消防【论文集】之“火灾自动报警系统的工程应用”

火灾自动报警系统的工程应用

摘要

本文主要介绍了火灾自动报警系统工程应用中常见的问题，分析了线路压降、线路接地、不同总线之间短路的产生原因以及对消防联动系统的影响，提出了相应的解决措施和检查办法；改进了防火卷帘、消火栓按钮运行灯的控制方式，提出了防火卷帘二步降、消火栓按钮增加常开接点的建议。

关键词：压降  分时控制  导线内阻  接点电阻  联动控制

一、       概述

1．火灾自动报警系统构成

火灾自动报警系统由火灾报警控制器、火灾探测器、报警按钮、输入模块、输入输出模块、火灾显示盘、声光报警器、外控电源、消防广播、消防电话、网络设备及外部联动设备等组成，火灾报警控制器通过总线与各部件相连，如下图所示。

2．火灾自动报警系统各产品主要功能

（1）火灾报警控制器

火灾报警控制器通过总线接口与火灾探测器、输入输出模块等部件相连，接收部件返回的检测数据、报警信息、状态信息等；根据一定的逻辑关系，发出启动命令，通过输出模块启动现场设备。

火灾报警控制器通过两总线为现场设备提供电源，并在两总线上叠加数据信号，不同宽度的脉冲代表不同的数据。每回路一般可接100~200个部件，每个部件都具有固定的编码地址，控制器一般采取巡检的方式与各个部件通讯（点名），现场部件被动地返回报警和状态信息。

控制器具有信息显示和声光报警装置，接收到火警信息时，可显示火警发生的地理位置和部件的地址、类型、报警时间等。

（2）火灾探测器

火灾探测器作为系统的传感器，相当于人的眼睛，时刻监视着火灾的发生，实现早期报警，火灾探测器按其响应形式可分为：

  ·感烟探测器

  ·感温探测器

  ·感光探测器

  ·气体探测器

  ·多元复合探测器

  ·其它特种探测器

   各种探测器都有其特定的适用场所，根据不同的场所选择不同的探测器，目前应用最多的是感烟、感温火灾探测器。

（3）手动火灾报警按钮

手动火灾报警按钮是一种向火灾报警控制器发出火灾报警信号的手动装置，带有地址编码，按钮按下时控制器发出开关量火灾报警信号，同时按钮上的报警灯点亮。手动火灾报警按钮一般装于建筑物的走廊、楼梯、走道等人们易于抵达的场所。

有些手动报警按钮带有消防专用电话插孔（接于多线制电话主机），插入分机可与电话主机对讲通话。

（4）输入输出模块

输入输出模块是总线制火灾自动报警系统与消防灭火设备之间的接口设备，分为：输入模块、输出模块（或控制模块）、输入输出模块，一般装于所控制设备的附近。

输入模块用于接受消防设备的启动/停止状态信号；

输出模块用于启动/停止消防设备；

输入输出模块同时具有输入、输出的功能，甚至各端口可单独编程、使用。

（5）火灾显示盘

火灾显示盘是一种火灾报警区域显示装置，一般装于每层楼或每个防火分区内，可显示本层楼或本防火分区的火警、联动、故障等信息，可发出声报警信号。

（6）计算机图形显示装置（CRT）

消防计算机图形显示装置（CRT）主要用于接收显示来自火灾报警控制器的报警信号，以图形方式显示系统的报警、联动、故障等工作状态，并具有信息管理功能。

（7）消防电话

消防电话系统用于消防控制中心（室）与建筑物中各关键部位之间通话的电话系统，由消防电话总机、消防电话分机和传输介质构成。其中消防电话总机设于消防控制中心（室），能够与消防电话分机进行全双工语音通讯。

（8）消防应急广播

消防应急广播系统用于消防控制中心（室）与建筑物中各一个或多个指定区域广播消防信息，是火灾或意外事故条件下进行应急广播的消防设备，一般由广播录放盘、功率放大器和音响组成。

3．火灾自动报警系统工程应用中存在的问题

近年来，我国随着城市建设的发展、人们防火意识的增强以及国家有关法律、法规的健全，越来越多的高层建筑、公共场所安装了火灾自动报警系统，多数系统运行正常，在早期发现火灾、预防火灾方面发挥了重要作用，但也有少数系统存在设计不合理和质量不高的问题，有些系统运行不稳定，故障频发、误报频繁；有些系统联动不可靠，不能正常启动消防设备；有些系统联动动作不合理，不利于安全疏散，经分析主要是由于设计考虑不周、施工质量不高所致，本人在工程调试中发现在线路施工、消火栓按钮启泵运行灯的控制和卷帘门控制三方面存在的问题较为普遍。

二、火灾自动报警系统中常见问题的解决

1．线路压降问题

在总线制火灾报警控制系统的调试工作中，经常会遇到火灾报警控制器已经发出控制指令，控制模块也已经动作，但一些外部控制设备如排烟阀、送风口等却不能动作，我们在现场使用万用表监测控制模块DC24V输入端的电压，发现在火灾报警控制器没有发出控制指令前，电压没有变化，但控制指令一旦发出电压就低了好几伏。

火灾自动报警回路和消防联动控制线路都存在线路压降问题。这在小的系统中一般体现不出来，但在建筑面积较大、线路比较长的工程中，这一问题就显得比较突出了。而这又往往被施工人员忽视，直到问题暴露时，才想方设法寻求各种补救措施，这样不仅费时费工，而且很难处理彻底。

（1）线路压降问题的原因分析

·导线内阻

导线本身有电阻。导线内阻是导线本身固有电阻，阻值大小与线路长短成正

比，与导线横截面积成反比，并且与导线质量有关。有些厂家生产的导线质量差，无形中又增加了阻值。

·接点电阻

接点电阻是指线路中的导线与接线端子、导线与导线之间连接的接触电阻。

当接入设备时，如果接线端子压接不紧，会增大接点电阻。线头不焊锡、长时间裸露在空气中会产生氧化层，也会造成接点电阻增大。另外在总线中接入感烟探测器、感温探测器、输入模块、控制模块、总线隔离器等各类编址单元，接入设备数量越多，接点电阻就越大。

我们把导线内阻和接点电阻通称为线路内阻。正是由于线路内阻的存在，才

引起了电路中工作负载两端的电压下降的问题，根据欧姆定律可知，压降值与线路内阻和工作负载电阻的比值成比例（如下图）。因此要减小线路压降，就得想办法减小线路内阻和工作负载电阻的比值。

U——DC24V   Ur——线路压降  U0——工作负载电压   r——线路内阻 

R——工作负载  I——电流    Ur=ru/(r+R)

总线制火灾报警控制系统一般有三种总线，回路总线、电源总线、网络总线。

回路总线指火灾报警控制器与各编址单元之间的连线；电源总线指火灾报警控制器或电源给控制模块、楼层显示器等提供DC24V的线路；网络线指系统中火灾报警集中主机、从机、楼层显示器之间的通讯总线。

相对于电源总线，回路总线和网络总线压降问题比较少。以回路总线为例：

由于各个报警设备生产厂对这个问题都很重视，对于回路最大负荷、回路线的长度、线径都提出了明确要求。所以，只要满足厂家的布线要求就行了。

线路压降问题影响比较大的一般出现在电源总线中，这主要是由于电磁阀类

联动设备动作电流大造成的。

防火卷帘门、风机、水泵等都是通过中间继电器来控制的。选用继电器的阻

值一般都在500欧姆以上，动作电流已经比回路总线中编址单元的工作电流大多了，可这不是产生压降问题的主要原因。排烟阀、风口、气体灭火启动钢瓶等电磁阀类联动设备才是真正的“用电大户”。电磁阀的阻值一般为36欧姆，动作电流约为0.65安培。这样大的动作电流就足以使线路内阻形成很大的压降。

下面举几个工程实例来说明线路压降在工程中带来的不良影响。

淮南新马大厦工程，每层有2个排烟口，2个送风口，2个声光报

警器，1个强电切换，在火灾确认后需要打开本层上下各一层的风口，至少应联动12个风口。一个电磁阀阻值为36欧姆，光12个风口并联在一起，电阻为3欧姆，该建筑楼高30层，每层层高3米，即垂直高度90米，根据该消防工程中采用的导线为2.5mm² 截面的铜芯线，根据R=ρL/s算出本工程采用2.5mm² 截面的铜芯线，其90米长时，电阻为0.714欧姆，由欧姆定律U设备=24/（3+0.714）*3=19.3V，而设备的启动电压为20V，这在没有计算强切及声光报警用电的情况下，设备已无法启动。

淮南金光宾馆工程，消火栓系统采用干式系统，每个管道有一大电磁阀控制水流走向，若在控制器自动状态时，有不同层消火栓同时报警，则不同层电磁阀同时动作，由于电流太大，连一个电磁阀也无法启动，情况同上，由于线路压降所至。

（2）线路压降的解决办法

    线路压降太大给系统造成了不良影响，使系统不能正常运行，问题非常普遍，本人根据实际调试提出以下几点解决办法。

·分时控制

分时控制可以减少同一时间内所需要控制的设备数量，电磁阀等大电流设备只需脉冲信号，不需持续电源供电，这样同一时间内、外控设备数量减少了，并联在电源总线上的负载就增大了，就可以降低线路内阻的影响，即使对声光报警器等需持续电源的设备分时启动也有效果，因设备的启动电流较大，启动后电流较小，也可缓解同一时间电流过大的问题。分时控制有两种实现方法。一是软件编程，利用火灾报警器本身的延时输出功能；二是硬件搭接，将同类外控设备通过其连锁控制端子串联起来，逐个驱动外控设备。如下图所示：

在前面的工程事例中，我们采取这样的方法减少线路压降，每隔5秒驱动一个风阀，将所有送风口串联，只用一个控制模块控制，这样在前一个送风口关闭之后，后面的送风口才动作。报警器在同时驱动的设备就大大减少了。

如果所有的外控设备都可以通过软件编程的方法实现分时控制，那自然就不需要硬件搭接了，如我公司生产的依爱牌设备，延时功能很完善，在实际工程中，用此功能，基本能满足5万平米工程的需要，如合肥绿都商厦、天津津联大厦等。但有的厂家控制器延时功能不太完善。延时控制影响控制器的运行速度。因此，硬件搭接也是我们要考虑的因素。

·多设几路DC24V电源总线的干线

在工程设计中就应该考虑到，多敷设几路干线，可以减少线路中控制模块的数量，从而减少接点电阻；并且可以避免一条电源总线绕来绕去，对减少线路长度有很大帮助。

青岛温哥华花园工程，使用了186个可燃气体探测器，结果探测器不能正常工作，我们提供的外控电源输出电流可达10A，完全满足负荷，只是由于线路压降太大，造成末端电压不够，致使可燃气体探测器不能正常工作，我们提出的解决措施就是每层单独敷设1对24V电压线，采取多路布线后系统一切正常。

·加大线径

    在消防报警系统设计中，设计院的有些设计人员比较容易忽视24V直流电源的供电线路的线径，与用电设备的选型匹配问题——尤其值得注意的是各类电控风阀的控制线路的线径大小。一些设计人员未注意该线路的线径大小，也没有考虑该线路上设备有多少，它们的瞬时动作电流有多大。而往往火灾发生时，一系列联动设备都应在相应的时间内打开或关闭。如果电源不能跟上，这些设备的动作继电器无法正常工作，不但不能联动有关灭火控制设备，而且会损坏设备，这个问题在联动设备较多的地下室尤为突出。

下面，我们以一个最简单的例子算一下在标准层我们该选用多粗的电源线。比如在每个标准层有一个排烟风口，一个正压风口，在火灾确认后需要打开本层上下各一层的风口，至少应联动6个风口。这些风口的标称动作电流多在0.5~2安培不等，在实测时动作电流大多在1安培左右，故我们以保险起见，取1安培这个值，而风阀启动电压不能低于20V，由R线=（U-U_阀）/I_启动=（24-20）/（6﹡1）=0.67，得出竖井中在标准层部分的直流电源的导线的电阻不应大于0.67。

假设楼高30层，每层层高3米，即垂直高度90米，那么根据我们消防中采用的导线为铜芯线，有R=ρL/s可以得知若采用2.5mm² 截面的铜芯线，其90米长时，电阻为0.714；采用4mm²截面的铜芯线，电阻为0.464。故我们采用4 mm² 以上的铜芯线。由此可见，平时我们只是估算是不准确的。地下室的联动设备更多，我们应经过更详细的计算后，才能确定电源线的线径。

·接线端要焊接

这样可以减少导线内阻和接点电阻。

·现场放置DC24V电源箱

这是用来弥补工程的先天不足之处，属无奈之举。但是要注意两点，一是现场供电AC220V必须是消防专用电源，二是在消防控制中心内可以实现打开、关闭电源。

火灾报警设备从设备厂家出来，只是完成了第一步。就是质量再好的设备，它在以后的运行状况也在很大程度上依赖于安装质量。这要求我们在施工前要尽量考虑周全，施工中要保证质量。象线路压降这样的问题，如果我们在设计、施工、调试等各个环节都能考虑到，应该是可以避免的。

·施工

施工时，也应文明施工，尽量保证线路安装完好、可靠。首先，预埋时，要用锁母做好管路与接线盒之间的连接并用护口保护，线盒等裸露部分应做好封堵；在穿线时，应将杂物清出线管，以免把导线的绝缘层割断，甚至把导线芯也割断，不知不觉中使得导线的截面又变小了。其次，应尽量减少接口，这不但是避免不必要的可能产生的故障，而且也是减小了接触电阻。如果线路过长或有中间线，要选用合适的端子，保证接触良好。

2．线路接地问题

报警联动线路接地时，会引起控制器检测不可靠，但由于总线短路隔离器的隔离作用，隔断了总线S+，因此如S+短路则无法判断。本人通过工程实践，提出一种线路接地的快速检查办法。

在理想情况下，控制器的总线和大地之间阻抗很高，两者之间应无电压，但由于实际安装的原因，一般只能达到20M左右，在回路数较多时，S+和S-对地的并联阻抗将下降，并且基本相等，因此在控制器工作时（所有回路都插上），S+对地的电压应是13V左右，S-对地的电压为-13V左右，由于控制器内部总线间阻抗很小，所有的S+对地电压都相同。如下图所示：

如发现S+对地电压为0左右，S-对地电压为-27V左右，则有可能是其中一个回路的S+对地阻抗不够，使分压发生变化。逐步减少回路，当去掉某一个回路时，S+对地电压会恢复到13V左右，则可以判定此回路对地阻抗小。

3．系统中不同总线之间的短路问题

在工程应用中，有时会因为不同回路之间的短路造成系统工作不正常，总线运行不稳定，此种情况由于总线隔离器的隔离影响，在现场无法用万用表检查出来，如下图所示：

输出正极S+短路时，在控制室无法测量出，即使S+与地短路，也无法测量出，只有在现场才能测量出来。

具体测量方法为：首先将消防控制室的控制器关机，然后到安装总线隔离器的分线端子箱的位置处，用万用表分别测量总线隔离器之间的输出端的S+对S+的电阻及S+分别对地的电阻，这样若是有短路现象或电阻较低的话就会很容易查出故障点。

4．防火卷帘联动问题

原先的动作关系是当防火卷帘任一侧的感烟探测器动作后报警控制器发出启动命令启动相应的控制模块控制防火卷帘下降到底，即一步降，这样的缺点有两点：

·在火灾发生初期（感烟探测器已报警），卷帘门不能起到挡烟的作用。

·一步直接降到底，隔断了疏散通道，使滞留人员无法逃离火场。

本人在调试青岛开发区管委大楼工程时向设计院及施工单位（青岛阳光消防公司）提出在防火卷帘两侧设感烟探测器、感温探测器两组，其任一侧感烟探测器动作后防火卷帘降至距地面1.8m处即半降，这样防火卷帘可以分隔发生火灾时产生的烟雾避免人员被窒息而死；只有当感温探测器动作后或感烟探测器、感温探测器同时动作后防火卷帘才下降到底，这种方法解决了该工程的实际问题，受到了用户和设计单位的一致好评。后来我又将该方法写入公司编制的《工程调试维护手册》和《设计手册》中。被公司其他调试人员广泛采用，深受各地用户的好评。

5．消火栓按钮的运行灯的点灯问题

对于消火栓按钮的运行灯的点灯问题，原先的方法是哪个消火栓按钮报警就点哪个消火栓按钮的运行灯，但是这种方法不符合消防规范的要求，因为规范上说明只要消防泵启动了所有的消火栓按钮的运行灯都应该点亮，但是若所有的运行灯都亮的话，会增加总线的电流，同样回路的带载能力就会下降，系统运行不正常。

针对这个问题，本人提出由24V电源点灯的解决方法，被公司技术部采纳，在消火栓按钮上增加常开接点（直接启泵）和点灯接口（即通过外部点灯），通过改进以后使控制器的带载能力不受点灯的影响，在合肥骆岗机场、蚌埠铁道大酒店、蚌埠投资大厦、淮委防汛调度设施等工程得到了应用，受到了用户的一致好评。

七、结束语

本人通过工程调试，发现了火灾自动报警系统工程应用中常见的线路施工、消火栓按钮启泵运行灯的控制和卷帘门控制等方面存在的问题，并提出了分时控制、多线控制、线路接地快速检查等解决办法和改进卷帘门控制方法、消火栓按钮24V点灯的建议，经多个工程实用，可将工程应用的线路问题大大降低，可快速查出线路接地，可提高系统应用的可靠性，保证系统运行稳定、可靠，具有普遍的指导作用。