李想

摘 要：隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩類智能控制技術(shù)的成功引入，火災(zāi)探測技術(shù)真正進入智能階段。智能系統(tǒng)具有很強的適應(yīng)性、學(xué)習(xí)能力、容錯能力和并行處理能力，近乎于人類的神經(jīng)思維。同時它也是一種分布式智能控制系統(tǒng)，控制主機和探測器都具有智能功能，從而使整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度及運行能力空前提高，誤報率接近為零。它能極大的保證行駛中顧客生命財產(chǎn)安全，對車輛安全行駛有重要作用。文章在綜合分析火災(zāi)發(fā)生規(guī)律和光電感煙探測原理的基礎(chǔ)上，簡述了火災(zāi)探測器組成，探測器工作原理及結(jié)構(gòu)，并對感煙探測器通訊進行了簡要描述。

一、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)概述

其中，X組是近處報警所要求的設(shè)備：A-火災(zāi)探測器，B-控制和指示設(shè)備，C-火災(zāi)警報裝置，D-手動觸發(fā)裝置，L-電源；E-火警發(fā)送裝置，F(xiàn)-火警接收站，J-故障報警發(fā)送裝置，K-故障報警接收站；Z組是近處自動消防設(shè)備要求的附加設(shè)備：G-自動消防設(shè)備控制裝置，H-自動消防設(shè)備。設(shè)備間的實線連接表示需要經(jīng)常建立的連接，虛線表示需要時才建立的連接。X組和Y組組件主要完成火災(zāi)監(jiān)測的功能，Z組主要完成火警發(fā)生時的火災(zāi)撲救等聯(lián)動控制。x組是火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，下面重點介紹X組組件的功能。

（1）A-火災(zāi)探測器：火災(zāi)探測器是能夠自動產(chǎn)生火災(zāi)報警信號的器件，它是火災(zāi)報警系統(tǒng)的感覺器官，能夠準(zhǔn)確探測火災(zāi)發(fā)生時的特征物理量，如溫度、煙霧和氣體等信號，并傳輸給火災(zāi)報警控制器。（2）D-手動觸發(fā)裝置：手動觸發(fā)裝置，顧名思義就是能夠手動產(chǎn)生火災(zāi)報警信號的器件，用以完成系統(tǒng)自檢、故障診斷等功能，它和火災(zāi)探測器統(tǒng)稱為觸發(fā)器。（3）B-控制和指示設(shè)備：最基本的控制和指示設(shè)備是火災(zāi)報警控制器，根據(jù)保護對象等級不同可分為區(qū)域火災(zāi)報警控制器、集中火災(zāi)報警控制器。（4）C-火災(zāi)警報裝置：火災(zāi)警報裝置通過發(fā)出聲、光等火災(zāi)報警信號，以警示人們及時采取安全防護措施，蜂鳴器是最常見的一種。（5）L-電源：火災(zāi)自動報警系統(tǒng)是消防用電設(shè)備，應(yīng)設(shè)有主電源和直流備用電源，目前直流24V是國際標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)先考慮使用的電源等級。

二、火災(zāi)探測器組成

按照模塊化設(shè)計思想，智能火災(zāi)探測器主要包括以下幾個模塊組成：

（1）煙霧、溫度采集電路：根據(jù)米氏散射理論，選用當(dāng)前主流的前向散射煙霧檢測室，完成紅外發(fā)光管驅(qū)動電路和光電檢測電路設(shè)計，最終經(jīng)過AD采樣得到煙霧濃度信息；集成溫度傳感器芯片直接采樣得到環(huán)境溫度信息。

（2）輸入輸出模塊：模塊主要功能是將智能火災(zāi)探測算法的判斷結(jié)果傳輸至控制器，設(shè)計采用控制繼電器輸出火警/正常信號、高邊功率開關(guān)輸出故障信號，同時輸入輸出模塊能夠應(yīng)答系統(tǒng)自檢信號和工作模式配置信息。

（3）基礎(chǔ)保障電路：維持單片機正常工作所必須的外圍保障電路，像單片機在線編程，上電復(fù)提供穩(wěn)定時鐘脈沖的陶瓷諧振電路。另外為防止程序意外跑飛，除使能看門狗定時器外，還用單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器設(shè)置了死機顯示電路。

（4）電源變換模塊：電源變換模塊完成標(biāo)準(zhǔn)消防電壓110V到芯片供電電壓的轉(zhuǎn)換，設(shè)計采用換器輸出24V直流電壓，轉(zhuǎn)換效率高，負載電流可達lA。（5）串口通信模塊：為方便程序調(diào)試和系統(tǒng)維護升級，設(shè)計了RS232C串口通信模塊。

（6）PLC處理器：PLC處理器也就是煙氣檢測控制單元（SDCU）接收來自煙氣探測器的信息，并對系統(tǒng)故障進行檢控。依靠所檢測的系統(tǒng)狀態(tài)使公共信號線受到激活，發(fā)出報警、故障、準(zhǔn)備就緒等信號。對測試要求作出響應(yīng)，并提供診斷信息。為SD提供電源。

三、煙霧探測器原理及結(jié)構(gòu)

在動車環(huán)境下發(fā)生的大多數(shù)火災(zāi)中，溫度和煙霧是變化最明顯的兩個物理量，物質(zhì)燃燒的初期階段，伴隨著大量的可見和不可見煙霧顆粒。因此，采用感煙探測技術(shù)可以較快感應(yīng)到火災(zāi)的發(fā)生。

點型光電感煙探測器，它是“主動”式探測器。沒有煙霧時，由于光學(xué)迷宮的特別設(shè)計（即紅外發(fā)光二極管和光電接收二極管的軸向夾角成鈍角等等），光電接收二極管不能直接接收到紅外發(fā)光二極管（在火災(zāi)報警領(lǐng)域主要采用紅外波段，波長在900nm左右）發(fā)射的光信號，當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，煙霧擴散到探測器的迷宮之內(nèi)會對紅外發(fā)光二極管的發(fā)射光產(chǎn)生散射，從而使光電接收二極管能夠接收到散射光信號，光信號的大小標(biāo)志著煙霧濃度，也標(biāo)志著火災(zāi)燃燒的程度。

目前主流探測器是散射光型光電感煙探測器，散射光型光電感煙探測器是利用煙霧顆粒對光線的吸收和散射原理，通過接收管感知煙霧濃度的變化。

四、感煙探測器通訊

火災(zāi)報警系統(tǒng)中嬉戲傳輸采用CAN線通訊，CAN總線是一種有效支持分布控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，是一種通信速率可達1Mb/s的多主總線，具有優(yōu)先搶占方式進行總線仲裁的作用機理，錯誤幀可自動重發(fā)，永久故障可自動隔離，不影響整個網(wǎng)絡(luò)正常工作，可靠性高，而且協(xié)議簡單，開放性強，組網(wǎng)靈活，成本較低，能為電力自動化提供開放性、全分布及可互操作性的通信平臺。CAN總線具有以下主要特點：

（1）良好的實時性。CAN控制器工作于多主方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)（取決于報文標(biāo)識符）采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)進行編碼，這可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

（2）良好的傳輸防錯能力。CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)最多8個字節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾幾率低，且每幀信息都具有CRC校驗及其他檢錯措施。

（3）全數(shù)字化的雙向傳輸。用以取代傳統(tǒng)的4～20mA信號，CAN的直接通信距離最遠可達10km（速度在5kb/s以下）；最高通信速率可達1Mb/s（距離在40m以下）煙氣探測器及煙氣探測控制單元通過公共通信環(huán)、信號回路彼此連接。信號回路由多個區(qū)段構(gòu)成，每個與兩個設(shè)備連接。信號從區(qū)段上通過參與者（煙氣探測器或煙氣探測控制單元）傳送到另一個片段上。每個區(qū)段均是一個獨立的CAN總線。

五、結(jié)論

智能煙火報警系統(tǒng)在動車安全防護領(lǐng)域具有舉足輕重的作用，它在保護人民生命財產(chǎn)安全、保障生產(chǎn)運營秩序和促進高速鐵路長足發(fā)展具有深遠的現(xiàn)實意義。本文圍繞CRH3型動車實際火災(zāi)報警系統(tǒng)的工程需要，在綜合分析火災(zāi)發(fā)生規(guī)律和探測原理的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及組成進行了分析，對探測器結(jié)構(gòu)進行了講解，增加了對火災(zāi)報警系統(tǒng)的認識。