火災自動報警系統的工程應用

摘要

本文主要介紹了火災自動報警系統工程應用中常見的問題，分析了線路壓降、線路接地、不同總線之間短路的產生原因以及對消防聯動系統的影響，提出了相應的解決措施和檢查辦法；改進了防火卷簾、消火栓按鈕運行燈的控制方式，提出了防火卷簾二步降、消火栓按鈕增加常開接點的建議。

關鍵詞：壓降  分時控制  導線內阻  接點電阻  聯動控制

一、       概述

1．火災自動報警系統構成

火災自動報警系統由火災報警控制器、火災探測器、報警按鈕、輸入模塊、輸入輸出模塊、火災顯示盤、聲光報警器、外控電源、消防廣播、消防電話、網絡設備及外部聯動設備等組成，火災報警控制器通過總線與各部件相連，如下圖所示。

2．火災自動報警系統各產品主要功能

（1）火災報警控制器

火災報警控制器通過總線接口與火災探測器、輸入輸出模塊等部件相連，接收部件返回的檢測數據、報警信息、狀態信息等；根據一定的邏輯關系，發出啟動命令，通過輸出模塊啟動現場設備。

火災報警控制器通過兩總線為現場設備提供電源，并在兩總線上疊加數據信號，不同寬度的脈沖代表不同的數據。每回路一般可接100~200個部件，每個部件都具有固定的編碼地址，控制器一般采取巡檢的方式與各個部件通訊（點名），現場部件被動地返回報警和狀態信息。

控制器具有信息顯示和聲光報警裝置，接收到火警信息時，可顯示火警發生的地理位置和部件的地址、類型、報警時間等。

（2）火災探測器

火災探測器作為系統的傳感器，相當于人的眼睛，時刻監視著火災的發生，實現早期報警，火災探測器按其響應形式可分為：

  ·感煙探測器

  ·感溫探測器

  ·感光探測器

  ·氣體探測器

  ·多元復合探測器

  ·其它特種探測器

   各種探測器都有其特定的適用場所，根據不同的場所選擇不同的探測器，目前應用最多的是感煙、感溫火災探測器。

（3）手動火災報警按鈕

手動火災報警按鈕是一種向火災報警控制器發出火災報警信號的手動裝置，帶有地址編碼，按鈕按下時控制器發出開關量火災報警信號，同時按鈕上的報警燈點亮。手動火災報警按鈕一般裝于建筑物的走廊、樓梯、走道等人們易于抵達的場所。

有些手動報警按鈕帶有消防專用電話插孔（接于多線制電話主機），插入分機可與電話主機對講通話。

（4）輸入輸出模塊

輸入輸出模塊是總線制火災自動報警系統與消防滅火設備之間的接口設備，分為：輸入模塊、輸出模塊（或控制模塊）、輸入輸出模塊，一般裝于所控制設備的附近。

輸入模塊用于接受消防設備的啟動/停止狀態信號；

輸出模塊用于啟動/停止消防設備；

輸入輸出模塊同時具有輸入、輸出的功能，甚至各端口可單獨編程、使用。

（5）火災顯示盤

火災顯示盤是一種火災報警區域顯示裝置，一般裝于每層樓或每個防火分區內，可顯示本層樓或本防火分區的火警、聯動、故障等信息，可發出聲報警信號。

（6）計算機圖形顯示裝置（CRT）

消防計算機圖形顯示裝置（CRT）主要用于接收顯示來自火災報警控制器的報警信號，以圖形方式顯示系統的報警、聯動、故障等工作狀態，并具有信息管理功能。

（7）消防電話

消防電話系統用于消防控制中心（室）與建筑物中各關鍵部位之間通話的電話系統，由消防電話總機、消防電話分機和傳輸介質構成。其中消防電話總機設于消防控制中心（室），能夠與消防電話分機進行全雙工語音通訊。

（8）消防應急廣播

消防應急廣播系統用于消防控制中心（室）與建筑物中各一個或多個指定區域廣播消防信息，是火災或意外事故條件下進行應急廣播的消防設備，一般由廣播錄放盤、功率放大器和音響組成。

3．火災自動報警系統工程應用中存在的問題

近年來，我國隨著城市建設的發展、人們防火意識的增強以及國家有關法律、法規的健全，越來越多的高層建筑、公共場所安裝了火災自動報警系統，多數系統運行正常，在早期發現火災、預防火災方面發揮了重要作用，但也有少數系統存在設計不合理和質量不高的問題，有些系統運行不穩定，故障頻發、誤報頻繁；有些系統聯動不可靠，不能正常啟動消防設備；有些系統聯動動作不合理，不利于安全疏散，經分析主要是由于設計考慮不周、施工質量不高所致，本人在工程調試中發現在線路施工、消火栓按鈕啟泵運行燈的控制和卷簾門控制三方面存在的問題較為普遍。

二、火災自動報警系統中常見問題的解決

1．線路壓降問題

在總線制火災報警控制系統的調試工作中，經常會遇到火災報警控制器已經發出控制指令，控制模塊也已經動作，但一些外部控制設備如排煙閥、送風口等卻不能動作，我們在現場使用萬用表監測控制模塊DC24V輸入端的電壓，發現在火災報警控制器沒有發出控制指令前，電壓沒有變化，但控制指令一旦發出電壓就低了好幾伏。

火災自動報警回路和消防聯動控制線路都存在線路壓降問題。這在小的系統中一般體現不出來，但在建筑面積較大、線路比較長的工程中，這一問題就顯得比較突出了。而這又往往被施工人員忽視，直到問題暴露時，才想方設法尋求各種補救措施，這樣不僅費時費工，而且很難處理徹底。

（1）線路壓降問題的原因分析

·導線內阻

導線本身有電阻。導線內阻是導線本身固有電阻，阻值大小與線路長短成正

比，與導線橫截面積成反比，并且與導線質量有關。有些廠家生產的導線質量差，無形中又增加了阻值。

·接點電阻

接點電阻是指線路中的導線與接線端子、導線與導線之間連接的接觸電阻。

當接入設備時，如果接線端子壓接不緊，會增大接點電阻。線頭不焊錫、長時間裸露在空氣中會產生氧化層，也會造成接點電阻增大。另外在總線中接入感煙探測器、感溫探測器、輸入模塊、控制模塊、總線隔離器等各類編址單元，接入設備數量越多，接點電阻就越大。

我們把導線內阻和接點電阻通稱為線路內阻。正是由于線路內阻的存在，才

引起了電路中工作負載兩端的電壓下降的問題，根據歐姆定律可知，壓降值與線路內阻和工作負載電阻的比值成比例（如下圖）。因此要減小線路壓降，就得想辦法減小線路內阻和工作負載電阻的比值。

U——DC24V   Ur——線路壓降  U0——工作負載電壓   r——線路內阻 

R——工作負載  I——電流    Ur=ru/(r+R)

總線制火災報警控制系統一般有三種總線，回路總線、電源總線、網絡總線。

回路總線指火災報警控制器與各編址單元之間的連線；電源總線指火災報警控制器或電源給控制模塊、樓層顯示器等提供DC24V的線路；網絡線指系統中火災報警集中主機、從機、樓層顯示器之間的通訊總線。

相對于電源總線，回路總線和網絡總線壓降問題比較少。以回路總線為例：

由于各個報警設備生產廠對這個問題都很重視，對于回路最大負荷、回路線的長度、線徑都提出了明確要求。所以，只要滿足廠家的布線要求就行了。

線路壓降問題影響比較大的一般出現在電源總線中，這主要是由于電磁閥類

聯動設備動作電流大造成的。

防火卷簾門、風機、水泵等都是通過中間繼電器來控制的。選用繼電器的阻

值一般都在500歐姆以上，動作電流已經比回路總線中編址單元的工作電流大多了，可這不是產生壓降問題的主要原因。排煙閥、風口、氣體滅火啟動鋼瓶等電磁閥類聯動設備才是真正的“用電大戶”。電磁閥的阻值一般為36歐姆，動作電流約為0.65安培。這樣大的動作電流就足以使線路內阻形成很大的壓降。

下面舉幾個工程實例來說明線路壓降在工程中帶來的不良影響。

淮南新馬大廈工程，每層有2個排煙口，2個送風口，2個聲光報

警器，1個強電切換，在火災確認后需要打開本層上下各一層的風口，至少應聯動12個風口。一個電磁閥阻值為36歐姆，光12個風口并聯在一起，電阻為3歐姆，該建筑樓高30層，每層層高3米，即垂直高度90米，根據該消防工程中采用的導線為2.5mm² 截面的銅芯線，根據R=ρL/s算出本工程采用2.5mm² 截面的銅芯線，其90米長時，電阻為0.714歐姆，由歐姆定律U設備=24/（3+0.714）*3=19.3V，而設備的啟動電壓為20V，這在沒有計算強切及聲光報警用電的情況下，設備已無法啟動。

淮南金光賓館工程，消火栓系統采用干式系統，每個管道有一大電磁閥控制水流走向，若在控制器自動狀態時，有不同層消火栓同時報警，則不同層電磁閥同時動作，由于電流太大，連一個電磁閥也無法啟動，情況同上，由于線路壓降所至。

（2）線路壓降的解決辦法

    線路壓降太大給系統造成了不良影響，使系統不能正常運行，問題非常普遍，本人根據實際調試提出以下幾點解決辦法。

·分時控制

分時控制可以減少同一時間內所需要控制的設備數量，電磁閥等大電流設備只需脈沖信號，不需持續電源供電，這樣同一時間內、外控設備數量減少了，并聯在電源總線上的負載就增大了，就可以降低線路內阻的影響，即使對聲光報警器等需持續電源的設備分時啟動也有效果，因設備的啟動電流較大，啟動后電流較小，也可緩解同一時間電流過大的問題。分時控制有兩種實現方法。一是軟件編程，利用火災報警器本身的延時輸出功能；二是硬件搭接，將同類外控設備通過其連鎖控制端子串聯起來，逐個驅動外控設備。如下圖所示：

在前面的工程事例中，我們采取這樣的方法減少線路壓降，每隔5秒驅動一個風閥，將所有送風口串聯，只用一個控制模塊控制，這樣在前一個送風口關閉之后，后面的送風口才動作。報警器在同時驅動的設備就大大減少了。

如果所有的外控設備都可以通過軟件編程的方法實現分時控制，那自然就不需要硬件搭接了，如我公司生產的依愛牌設備，延時功能很完善，在實際工程中，用此功能，基本能滿足5萬平米工程的需要，如合肥綠都商廈、天津津聯大廈等。但有的廠家控制器延時功能不太完善。延時控制影響控制器的運行速度。因此，硬件搭接也是我們要考慮的因素。

·多設幾路DC24V電源總線的干線

在工程設計中就應該考慮到，多敷設幾路干線，可以減少線路中控制模塊的數量，從而減少接點電阻；并且可以避免一條電源總線繞來繞去，對減少線路長度有很大幫助。

青島溫哥華花園工程，使用了186個可燃氣體探測器，結果探測器不能正常工作，我們提供的外控電源輸出電流可達10A，完全滿足負荷，只是由于線路壓降太大，造成末端電壓不夠，致使可燃氣體探測器不能正常工作，我們提出的解決措施就是每層單獨敷設1對24V電壓線，采取多路布線后系統一切正常。

·加大線徑

    在消防報警系統設計中，設計院的有些設計人員比較容易忽視24V直流電源的供電線路的線徑，與用電設備的選型匹配問題——尤其值得注意的是各類電控風閥的控制線路的線徑大小。一些設計人員未注意該線路的線徑大小，也沒有考慮該線路上設備有多少，它們的瞬時動作電流有多大。而往往火災發生時，一系列聯動設備都應在相應的時間內打開或關閉。如果電源不能跟上，這些設備的動作繼電器無法正常工作，不但不能聯動有關滅火控制設備，而且會損壞設備，這個問題在聯動設備較多的地下室尤為突出。

下面，我們以一個最簡單的例子算一下在標準層我們該選用多粗的電源線。比如在每個標準層有一個排煙風口，一個正壓風口，在火災確認后需要打開本層上下各一層的風口，至少應聯動6個風口。這些風口的標稱動作電流多在0.5~2安培不等，在實測時動作電流大多在1安培左右，故我們以保險起見，取1安培這個值，而風閥啟動電壓不能低于20V，由R線=（U-U_閥）/I_啟動=（24-20）/（6﹡1）=0.67，得出豎井中在標準層部分的直流電源的導線的電阻不應大于0.67。

假設樓高30層，每層層高3米，即垂直高度90米，那么根據我們消防中采用的導線為銅芯線，有R=ρL/s可以得知若采用2.5mm² 截面的銅芯線，其90米長時，電阻為0.714；采用4mm²截面的銅芯線，電阻為0.464。故我們采用4 mm² 以上的銅芯線。由此可見，平時我們只是估算是不準確的。地下室的聯動設備更多，我們應經過更詳細的計算后，才能確定電源線的線徑。

·接線端要焊接

這樣可以減少導線內阻和接點電阻。

·現場放置DC24V電源箱

這是用來彌補工程的先天不足之處，屬無奈之舉。但是要注意兩點，一是現場供電AC220V必須是消防專用電源，二是在消防控制中心內可以實現打開、關閉電源。

火災報警設備從設備廠家出來，只是完成了第一步。就是質量再好的設備，它在以后的運行狀況也在很大程度上依賴于安裝質量。這要求我們在施工前要盡量考慮周全，施工中要保證質量。象線路壓降這樣的問題，如果我們在設計、施工、調試等各個環節都能考慮到，應該是可以避免的。

·施工

施工時，也應文明施工，盡量保證線路安裝完好、可靠。首先，預埋時，要用鎖母做好管路與接線盒之間的連接并用護口保護，線盒等裸露部分應做好封堵；在穿線時，應將雜物清出線管，以免把導線的絕緣層割斷，甚至把導線芯也割斷，不知不覺中使得導線的截面又變小了。其次，應盡量減少接口，這不但是避免不必要的可能產生的故障，而且也是減小了接觸電阻。如果線路過長或有中間線，要選用合適的端子，保證接觸良好。

2．線路接地問題

報警聯動線路接地時，會引起控制器檢測不可靠，但由于總線短路隔離器的隔離作用，隔斷了總線S+，因此如S+短路則無法判斷。本人通過工程實踐，提出一種線路接地的快速檢查辦法。

在理想情況下，控制器的總線和大地之間阻抗很高，兩者之間應無電壓，但由于實際安裝的原因，一般只能達到20M左右，在回路數較多時，S+和S-對地的并聯阻抗將下降，并且基本相等，因此在控制器工作時（所有回路都插上），S+對地的電壓應是13V左右，S-對地的電壓為-13V左右，由于控制器內部總線間阻抗很小，所有的S+對地電壓都相同。如下圖所示：

如發現S+對地電壓為0左右，S-對地電壓為-27V左右，則有可能是其中一個回路的S+對地阻抗不夠，使分壓發生變化。逐步減少回路，當去掉某一個回路時，S+對地電壓會恢復到13V左右，則可以判定此回路對地阻抗小。

3．系統中不同總線之間的短路問題

在工程應用中，有時會因為不同回路之間的短路造成系統工作不正常，總線運行不穩定，此種情況由于總線隔離器的隔離影響，在現場無法用萬用表檢查出來，如下圖所示：

輸出正極S+短路時，在控制室無法測量出，即使S+與地短路，也無法測量出，只有在現場才能測量出來。

具體測量方法為：首先將消防控制室的控制器關機，然后到安裝總線隔離器的分線端子箱的位置處，用萬用表分別測量總線隔離器之間的輸出端的S+對S+的電阻及S+分別對地的電阻，這樣若是有短路現象或電阻較低的話就會很容易查出故障點。

4．防火卷簾聯動問題

原先的動作關系是當防火卷簾任一側的感煙探測器動作后報警控制器發出啟動命令啟動相應的控制模塊控制防火卷簾下降到底，即一步降，這樣的缺點有兩點：

·在火災發生初期（感煙探測器已報警），卷簾門不能起到擋煙的作用。

·一步直接降到底，隔斷了疏散通道，使滯留人員無法逃離火場。

本人在調試青島開發區管委大樓工程時向設計院及施工單位（青島陽光消防公司）提出在防火卷簾兩側設感煙探測器、感溫探測器兩組，其任一側感煙探測器動作后防火卷簾降至距地面1.8m處即半降，這樣防火卷簾可以分隔發生火災時產生的煙霧避免人員被窒息而死；只有當感溫探測器動作后或感煙探測器、感溫探測器同時動作后防火卷簾才下降到底，這種方法解決了該工程的實際問題，受到了用戶和設計單位的一致好評。后來我又將該方法寫入公司編制的《工程調試維護手冊》和《設計手冊》中。被公司其他調試人員廣泛采用，深受各地用戶的好評。

5．消火栓按鈕的運行燈的點燈問題

對于消火栓按鈕的運行燈的點燈問題，原先的方法是哪個消火栓按鈕報警就點哪個消火栓按鈕的運行燈，但是這種方法不符合消防規范的要求，因為規范上說明只要消防泵啟動了所有的消火栓按鈕的運行燈都應該點亮，但是若所有的運行燈都亮的話，會增加總線的電流，同樣回路的帶載能力就會下降，系統運行不正常。

針對這個問題，本人提出由24V電源點燈的解決方法，被公司技術部采納，在消火栓按鈕上增加常開接點（直接啟泵）和點燈接口（即通過外部點燈），通過改進以后使控制器的帶載能力不受點燈的影響，在合肥駱崗機場、蚌埠鐵道大酒店、蚌埠投資大廈、淮委防汛調度設施等工程得到了應用，受到了用戶的一致好評。

七、結束語

本人通過工程調試，發現了火災自動報警系統工程應用中常見的線路施工、消火栓按鈕啟泵運行燈的控制和卷簾門控制等方面存在的問題，并提出了分時控制、多線控制、線路接地快速檢查等解決辦法和改進卷簾門控制方法、消火栓按鈕24V點燈的建議，經多個工程實用，可將工程應用的線路問題大大降低，可快速查出線路接地，可提高系統應用的可靠性，保證系統運行穩定、可靠，具有普遍的指導作用。