火灾监控系统在智能建筑中的应用分析

火灾监控系统在智能建筑中的应用分析
作者：陈 南 武警学院消防工程系，河北廊坊，065000 日期：2002-7-21浏览次数：208
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1 前言　　为了创造安全舒适便利的生活工作环境，实现设备监控和节能[1]，智能建筑采用了大跨度框架式建筑结构，并以综合布线系统为联系纽带，配置建筑设备自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统。一般认为，火灾监控系统是智能建筑中设备自动化系统的一个子系统，是智能建筑防火安全体系的核心与消防系统集成的关键。

据此，本文分析探讨当前火灾监控系统的基本结构和应用形式，结合智能建筑特点及其防火安全要求，说明火灾监控系统在智能建筑中的应用现状和发展趋势。


2 火灾监控系统的基本结构与性能特点 图1 火灾监控系统基本构成原理　　国家标准《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-1998）规定，火灾监控系统一般由火灾探测器、输入输出模块、各类火灾报警控制器和消防联动控制设备等共同构成，其基本构成原理如图1示。

　　由于火灾信息探测与数据处理方式、火灾探测器与火灾报警控制器之间的配合等，决定着火灾监控系统的功能与结构形式，因此，火灾监控系统根据火灾探测器与控制器之间连接方式、火灾报警控制器中火灾信息处理方式和网络通信能力、系统设计所基于的技术特征等，可分为下列几种基本结构形式：

2.1 多线制系统结构　　多线制系统是基于工业生产过程点对点控制方式开发的传统型系统，其结构特点是火灾报警控制器采用直流信号巡检各个火灾探测器，火灾探测器和火灾报警控制器之间采用硬线对应连接关系，一般系统线制为an+b（n是探测器数；a=1,2；b=1,2,4）。随着微电子技术发展，先进的多线制系统采用数字编码技术，最少线制为n+1。多线制系统由于工程设计、施工布线和系统维护复杂，已逐步淘汰。 2.2 总线制系统结构　　总线制系统结构的核心是采用数字脉冲信号巡检和数据压缩传输，通过收发码电路和微处理机实现火灾探测器与火灾报警控制器的协议通信和整个系统的监测控制。总线制系统的结构特点是系统线制为an+b（n是探测器数；但a=0；b=2,3,4等），一般是二总线或三总线制，体现了智能建筑中系统集成、综合布线的技术特点；当火灾探测器与火灾报警控制器之间、各种功能模块与火灾报警控制器之间都采用总线连接时，称为全总线制系统，其工程布线灵活，可通过模块联动或硬线联动消防设备，系统抗干扰能力强，误报率低，总功耗小。

2.3 集中智能系统结构　　集中智能系统结构一般采用总线制和大容量通用火灾报警控制器，其特点是火灾探测器主要完成火灾参数的采集和传输，火灾报警控制器采用计算机技术实现火灾信号识别、数据集中处理储存、系统巡检、报警灵敏度调整、火灾判定和消防设备联动等功能，并配以区域显示器完成分区声光报警。显然，建立在总线制基础上的集中智能系统能满足智能建筑中系统集成的基本要求。但是，系统中火灾报警控制器要及时处理每个探测器送回的数据并完成一系列设定功能，当建筑规模庞大、探测器及消防设备较多时，单一主机可能出现系统应用软件复杂庞大、火灾探测器巡检周期过长、系统可靠性降低和使用维护不便等不足。

2.4 分布智能系统结构　　分布智能系统结构是在集中智能系统优势基础上形成的，它将火灾探测信息的基本处理、环境补偿、探头污染监测和故障判断等功能由火灾报警控制器返还给现场火灾探测器，免去控制器大量的信号处理负担，使之能从容实现火灾模式识别、系统巡检、设备监控、数据通信等功能，提高了系统巡检速度、稳定性和可靠性。显然，分布智能系统结构强调总线上有效数据传输，对火灾探测器设计提出了及时性和可靠性方面的更高要求，通常是采用专用集成电路设计（ASIC）技术来降低分布智能系统中高性能探测器成本，提高性能价格比。显然，分布智能系统结构符合智能建筑系统集成思想和综合布线的性能要求。


2.5 网络通信系统结构　　网络通信系统结构可在集中智能或分布智能系统基础上形成，特殊之处是将计算机数据通信技术应用于火灾报警控制器，使控制器之间能够通过Ethernet及Token Ring、Token Bus等通信协议，以及专用通信线或总线(RS232、422总线、485总线)交换数据信息，实现火灾监控系统层次功能设定、远程数据调用管理和网络通信服务等功能。显然，网络通信系统结构既可专用通信网络实现，也可基于开放式的现场总线技术实现，再配以分布智能数据处理方式，能适应高性能火灾监控系统的发展需要，为城市消防数据信息网络系统建设奠定基础并满足未来发展需要。

3 火灾监控系统的设计应用要求　

　国家标准《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-1998）中规定，火灾监控系统有三种基本设计形式：区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统。火灾监控系统应根据被保护对象的特点和要求，综合考虑建筑物的规模性质、火灾载荷、火灾危险性、疏散和扑救的难易程度、火灾事故的可能后果等因素，确定相应的系统设计形式并完成设备配套。

围绕智能建筑，国家标准《智能建筑设计标准》（GB/T50314-2000）强调系统集成及其实现，要求按照智能建筑甲、乙、丙三级设计标准合理配置火灾监控系统。因此，综合考虑智能建筑特点和防火安全要求，其火灾监控系统一般采用控制中心报警系统设计形式，并需具备下列性能要求[2]：（1）具有模拟量或智能化火灾信息探测处理方式，实现数据连续采集和有效传输；（2）具有总线制系统结构，便于实现系统集成思想和增强系统工程适应性（3）具有及时可靠的火灾探测报警能力，系统误报率低、稳定性和兼容性强； （4）具有火灾探测器环境补偿、灵敏度分时自动调整和基本火灾模式识别功能；（5）具有数据共享、电源及设备监测、网络化数据通信和消防设备优化管理功能；（6）具有良好的人机界面和服务于系统的综合管理软件。

　　必须指出，智能建筑一般用于高可靠性、高安全性、舒适性强、反映要求灵敏的对象，或是能源消耗高且有很大节约潜力的对象。所以，智能建筑并不强调是否具有最先进的火灾监控系统，而是强调在满足智能建筑提出的火灾信息探测处理、系统结构和火灾识别三项基本要求前提下，火灾监控系统能与智能建筑中各子系统有机地联系在一起并发挥作用。

4 智能建筑中火灾监控系统的应用形式　

　根据智能建筑结构形式、保护等级、物业管理方式等的不同，火灾监控系统作为智能建筑消防系统及设备的集成中心，呈现下列应用形式： 图2 中控机系统形式 4.1 中控机系统形式　　中控机系统应用形式如图2示，它由集中智能式火灾报警通用控制器、楼层显示器、类比式火灾探测器及模块连接的普通探测器构成，总线制，也可支状布线，系统基本容量500编码点左右并可扩展成系列。智能建筑要求这类系统中火灾探测器能够采集现场参数及特征，火灾报警控制器存储火灾特征数据并可对采集数据集中进行多级类比判断处理，能够可靠识别并判定火灾。中控机系统形式的典型产品有Simplex 4100、Nohmi R21Z等。

此外，按分布智能系统结构也能构成图2系统形式。 图3 主子机系统形式 4.2 主子机系统形式　　主子机系统应用形式如图3示，它是由集中火灾报警控制器加区域控制器，或是由通用火灾报警控制器加功能子机（完成楼层显示和区域管理功能，或仅完成区域管理功能），并配以类比式或分布智能式火灾探测器和模块连接的普通探测器构成，总线制，一般采用多机大容量，适于大型工程。在智能建筑中，主子机系统形式一般采用小容量标准化火灾报警控制器多台联网方案，火灾信息处理采用集中智能或分布智能方式，数据通信要求高，系统组态灵活，适应性强，典型产品有Nittan NF-3E、Simplex 2120、FCI 7200等。 4.3 节点机系统形式　

　节点机系统应用形式亦如图3所示，它可基于LonWorks技术实现并采用网络通信及总线制系统结构，特点是火灾探测器一般采用类比式或分布智能式数据处理，火灾探测器中可采用Neuron芯片取代原有的CPU；通用火灾报警控制器借助LonWorks技术的开放性而形成节点机，实现基本功能或基本配置相同，既可作上级管理主机（需扩展功能）也可作区域报警子机使用；通用控制器之间采用以太网（Ethernet）或专用传输网络(如effeff公司GEMAG网络，Johnson Controls公司METASYS网络等)实现数据通信。一般，节点机系统形式中通用火灾报警控制器之间采用支状或环状联接，可与楼层显示器配合分区；通用控制器基本容量多采用99报警地址＋99模块地址的标准化设计方案，互联数量可达32～62台之间，消防设备或由消防中心联动控制台集中联动或是由分散设置的控制器和模块联动。节点机系统形式典型产品有Sentrol 8000（2～31台联网）、Merova M80（2～27台联网）、Edwards EST3（2～64台联网）等。
5 智能建筑中火灾监控系统应用现状与发展趋势 　
　综合考虑火灾报警技术现状和智能建筑实际需要，当前智能建筑中火灾监控系统的结构与性能特点可归纳如下：（1）火灾探测器采用点状超薄结构和总线制，具有火灾参数连续采集、类比或分布智能数据处理、环境自适应等能力，多参数复合探测和采用ASIC技术是当前技术热点；

（2）火灾报警控制器采用微处理机或工控机结构和标准化功能接口，具有火灾参数运算、火灾模式识别和数据信息网络通信能力，可基于微机开发技术或现场总线技术实现功能和容量合理配置，消防设备联动灵活可靠，当前技术热点是节点机形式配以视窗化专用应用软件； （3）系统整体设计采用总线制和多设备监控方案，多种系统结构形式并存，系统具有多种数据通信方式，系统管理、人员培训、救灾预案制作等软件化，当前技术热点是系统数据通信标准化和设备监控管理规范化，实现智能建筑火灾监控系统的开放式结构。 　
　不难看出，智能建筑火灾监控系统技术发展涉及三个方面。在火灾探测器技术方面，以二总线制超薄结构、分布智能和专用集成电路（ASIC）技术为基础，实现探测器环境自适应、多参数探测处理、高可靠性和低误报率。

在控制器技术方面，以通用控制器实现集中智能或分布智能技术方案为核心，火灾信息处理采用阈值、趋势、滤波、相关分析和人工神经网络等多种探测算法组合[3]，实现火灾模式识别和数据通信联网。在系统整体技术方面，以现场总线技术为基础实现系统的开放性，重视数据监测分析、工程适应性设计、火灾智能判断、设备优化控制和系统网络化数据通信，形成专用火警计算机系统及视窗化人机交互界面和应用软件。
　　特别强调的是，火灾报警控制器实现开放性设计和数据通信标准化是火灾监控系统与智能建筑数据共享和有机联系的基础。智能建筑火警信息数据共享可改变火灾监控系统自成封闭体系现状，促进相应技术和产品发展，实现火灾监控系统与建筑设备自动化系统等的系统集成。

6 结束语　　综上所述，智能建筑的不断涌现，使火灾监控系统向专用集成电路技术（ASIC）广泛应用和分布智能及网络通信型结构形式发展，形成灵活多样、符合防火规范基本要求的节点机系统形式。它在产品方面便于实现低成本、标准化和规模化，在工程方面可使系统应用设计组态灵活，在设备监控方面可适应智能建筑中设备直接数字控制发展要求和视窗化应用软件趋势，在信息处理方面能满足智能建筑数据通信要求和城市火警信息系统组网要求。