李東旭， 倪可樂

(中信建筑設計研究總院有限公司，武漢 430014)

0 引言

火災自動報警系統(tǒng)中，其探測報警系統(tǒng)主要由觸發(fā)裝置(火災探測器、手動報警按鈕)、報警裝置(聲、光警報器、消防應急廣播)及火災報警控制器組成?；馂奶綔y器、手動報警按鈕通過報警總線與火災報警控制器連接，火災報警控制器通過對探測器上傳的報警信息進行分析、運算和處理后，確認火警信號，發(fā)出報警及聯(lián)動控制指令。因此，火災報警控制器相當于火災自動報警系統(tǒng)的“大腦”，而報警總線相當于系統(tǒng)的“神經(jīng)網(wǎng)絡”。而該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性不僅取決于首端火災報警控制器以及末端探測器、警報器的性能，還取決于報警總線是否可靠。

目前，國內報警總線主要采用二線制，總線形式主要為環(huán)形和樹形形式兩種，本文即就兩種形式的優(yōu)缺點進行一些探討和總結。

1 火災自動報警系統(tǒng)總線分類

美國國家消防協(xié)會(NFPA)編制的火災報警規(guī)范《National Fire Alarm and Signaling Code》將系統(tǒng)總線分為了六類:Class A、Class B、Class C、Class D及Class E、Class X，美國國家消防協(xié)會(NFPA)對這六類總線形式的定義如表1所示。

火災自動報警系統(tǒng)總線分類表1

總線類別總線需滿足條件Class A包含一個冗余路徑斷路時可以繼續(xù)工作,并返回信號單根線接地時,能產(chǎn)生一個故障信號Class B不包含冗余路徑斷路時,無法工作單根線接地時,能產(chǎn)生一個故障信號Class C包含一到多個通訊路徑,通過端到端的通訊來驗證總線的可靠性Class D具有故障保護功能,在通訊異常時,可以繼續(xù)工作Class E不具有監(jiān)控功能Class X包含一個冗余路徑斷路時可以繼續(xù)工作,并返回信號單根線接地時可以繼續(xù)工作,并返回信號

目前主要應用的兩種總線形式為環(huán)形總線和樹形總線即Class A與Class B總線，前者總線具有冗余路徑，在總線斷路時可以產(chǎn)生一個總線故障信號；后者總線不具有冗余路徑，在總線斷路時總線功能消失。兩類總線形式在總線異常、影響總線正常運行時，都需要產(chǎn)生一個故障信號。

2 環(huán)形總線與樹形總線形式

2.1 樹形總線

目前國內項目中比較常用的為樹形形式，該形式將回路中的探測器、警報器、聯(lián)動模塊等依次通過總線與火災報警控制器相連，通常在干線中具有分支。如圖1所示。

圖1 樹形總線連接方式

該總線形式在總線某處發(fā)生開路故障時，該故障點后部的所有設備與火災報警控制器斷開，失去與火災報警控制器的通訊。而在總線某一點發(fā)生短路或接地故障時，整個回路電壓降低，也會失去與控制器的通訊，情況嚴重時甚至將燒毀主機接口，影響整個控制器的工作。因此樹形接法通常會在首端設置一處短路隔離器，以免某個回路發(fā)生短路故障時，影響整個系統(tǒng)正常運行。

2.2 環(huán)形總線

環(huán)形接法是將回路中的探測器、報警器、聯(lián)動模塊等依次通過總線與火災報警控制器相連，并最終返回火災報警控制器，形成一個環(huán)形通路，通常在干線中沒有分支，如圖2所示。

圖2 環(huán)形總線連接方式

該總線形式雙向都可以傳輸信號，提供了一條冗余的傳輸路徑，因此在總線任一點發(fā)生開路故障時，不會影響整個回路的正常運行。在總線某一點短路時，線路首末兩端的短路隔離器斷開整個回路，以免影響整個系統(tǒng)的正常運行。

通過上述兩種形式的比較可知，任何一種形式，在發(fā)生短路故障時，整個回路都無法正常工作。

3 總線短路隔離器的作用與接線

針對以上問題，GB 50116-2013《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》對系統(tǒng)總線上設置總線短路隔離器做了詳細要求“3.1.6系統(tǒng)總線上應設置總線短路隔離器，每只總線短路隔離器保護的火災探測器、手動火災報警按鈕和模塊等消防設備的總數(shù)不應超過32點；總線穿越防火分區(qū)時，應在穿越處設置總線短路隔離器”。通過設置總線短路隔離器，在發(fā)生短路故障時立即切斷故障部分，盡可能保障整個系統(tǒng)的功能不受影響。

這里需要說明的是，樹形總線短路隔離器產(chǎn)品和環(huán)形總線短路隔離器產(chǎn)品是不一樣的，兩者不可通用。

下文將通過幾張接線圖來說明樹形和環(huán)形結構總線短路隔離器產(chǎn)品的接線形式。

(1)如圖3所示，為某樹形報警總線短路隔離器接線示意圖。其Z1、Z2為信號二總線輸入端子，ZO1、ZO2為信號二總線輸出端子，動作電流為100mA。樹形報警總線短路隔離器分別并聯(lián)接入報警總線上，當其中一個總線短路隔離器后的回路發(fā)生短路時，該總線短路隔離器動作，將該故障回路的所有設備與報警總線斷開，將短路故障影響的范圍限制在32個點位以內。

圖3 樹形總線短路隔離器接線示意圖

(2)如圖4所示，為某環(huán)形報警總線短路隔離器接線示意圖。該模塊有2個4路接線端子，將模塊接入探測總線。其中A口上方兩個端口P、S接探測回路，下方兩個P、S可以接入T型分支回路或者不接，B口同A口。A口和B口順序接入報警總線中，當隔離器前后發(fā)生短路故障時，該隔離器都會動作(故障探測回路所接入的接口動作)，斷開該回路的設備。對于整個回路來說，當某兩個總線短路隔離器之間的回路發(fā)生短路時，該回路兩側的總線短路隔離器會同時動作，將該故障回路的所有設備與總線斷開，將短路故障的影響范圍限制在32個點位以內。

圖4 環(huán)形總線短路隔離器接線示意圖

由兩種產(chǎn)品的比較可知，樹形報警總線隔離器只有一個接口，可以切斷隔離器所帶分支回路的設備；環(huán)形報警總線短路隔離器相對于樹形報警總線隔離器來說有兩個接口，可以分別動作，切斷兩個總線短路隔離器之間的前端設備。

4 環(huán)形總線與樹形總線的優(yōu)缺點比較

報警總線的接線形式也會影響到火災報警系統(tǒng)的可靠運行，圖集14505-1《<火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范>圖示》中對環(huán)形總線和樹形總線接線方法以及短路隔離器的設置都有詳細的圖示介紹。下面就環(huán)形總線和樹形總線的優(yōu)缺點做簡單比較。

(1)環(huán)形總線接線形式

火災報警控制器具有雙端尋址的功能，信號可以雙向傳輸。如圖5所示，在整個環(huán)形回路任一點發(fā)生開路故障時，都可繼續(xù)通過A、B兩端進行通信，以免通信中斷，影響系統(tǒng)正常運行。

圖5 環(huán)形總線形式兩端通信

在環(huán)形回路任一點發(fā)生短路時，短路點兩端的總線短路隔離器動作，系統(tǒng)會隔離這一部分設備，保障其他線路現(xiàn)場設備正常工作，將系統(tǒng)受故障影響范圍降低到最??；同時可以通過隔離器動作位置，迅速查找線路故障點。

(2)樹形總線接線形式

火災報警控制器只有單端尋址方式，如圖6所示。在樹形回路分支上發(fā)生開路時，開路(A)后的部分設備將失去與火災報警控制器的通訊；當開路發(fā)生在樹形回路干線上時，開路(B)后的設備全部失去與火災報警控制器的通訊，影響范圍較大。

圖6 樹形總線形式單端通信

在樹形回路分支上發(fā)生短路時，該分支上的總線短路隔離器動作，系統(tǒng)隔離這一部分設備。但當樹形回路總線上發(fā)生短路時，則整個回路全部設備均無法正常工作，且無法定位故障點，總線短路隔離器的設置失去了作用。

(3)優(yōu)缺點比較

1)可靠性：環(huán)形總線接線方式在總線任意處開路時，可以保證線路的安全，主干線短路時也可以保證回路中所有現(xiàn)場設備正常工作。

2)布線：施工中，環(huán)形總線接線可以避免在總線根部強制分線，節(jié)省布線工作量，但需要所有設備手拉手形成一個環(huán)，無形中增加了線路的長度，布線比較復雜，僅部分產(chǎn)品支持環(huán)形總線上分支結構，可后期局部改造；而樹形接線形式布線相對自由，可以在干線上分支，方便現(xiàn)場施工和后期改造。

3)故障率：相對于樹形總線隔離器，環(huán)形總線隔離器在總線因線路進水、絕緣問題導致總線間阻抗異常時，可以起到隔離保護作用。且可以為所有前端設備內置環(huán)形短路隔離器，當任何位置發(fā)生故障時，故障點兩側的前端設備內置的環(huán)形短路隔離器動作，隔離故障點，可以將影響范圍縮減到最小。但樹形接線形式的隔離模塊可集中設置在接線端子箱內，檢修比較方便。同時隔離模塊集中設置時，干線較短，不易發(fā)生故障，支干線發(fā)生故障時，故障范圍也較小，可以控制在32個點位內。

4)成本：環(huán)形總線需要火災報警控制器提供環(huán)形總線接口，且環(huán)形總線短路隔離器價格更高。而樹形總線只需要普通總線接口和總線短路隔離器，相對于環(huán)形接線形式，成本約低20%。

5)通訊距離：樹形總線接線形式為單端通訊，通訊距離可以達到1 500m，增加中繼模塊可將信號延長至 3 000m；而環(huán)形總線為雙向通訊，通訊距離只有樹形總線的一半。

5 環(huán)形總線與樹形總線適用范圍

根據(jù)環(huán)形總線和樹形總線接線形式和特點，筆者總結了兩種接線形式的適用范圍。

(1)環(huán)形接線形式的適用范圍

對于大型酒店、商業(yè)、機場候機樓等火災危險性較大，對火災自動報警系統(tǒng)可靠性要求較高的場所，建議采用環(huán)形總線接線形式。而且，這些場所每層或每個防火分區(qū)面積較大，比較容易成環(huán)，相對普通樹形接線形式需要的線纜長度增加不大。

在歐洲、北美、南美等市場，目前只接受環(huán)形總線的消防報警系統(tǒng)，會明確提出火災報警控制器必須提供環(huán)形總線接口。而且，根據(jù)公安部發(fā)布的《建筑高度大于250米民用建筑防火設計加強性技術要求(試行)》(公消[2018]57號)，第二十三條也明確提出，火災自動報警系統(tǒng)的消防聯(lián)動控制總線應采用環(huán)形結構。因此我國建筑高度>250m的民用建筑，也必須采用環(huán)形總線接線形式。

(2)樹形接線形式的適用范圍

對于住宅、辦公等火災危險性相對較小的場所，每層面積較小，特別是住宅建筑(除超高層住宅外)，只需要在公共部位設置火災自動報警系統(tǒng)，布線不易成環(huán)，采用環(huán)形接線形式比較浪費，因此建議采用樹形總線接線形式，可以節(jié)約成本。

由于采用樹形總線接線形式在主干線路發(fā)生開路或者短路時影響范圍較大，筆者建議，可將樹形總線隔離模塊集中設置在接線端子箱內，各樹形總線隔離器再放射至各前端設備，減少主干線路的敷設長度和范圍，雖然會增加總線電纜的長度，增加成本，但是可以有效減小主干線路故障的概率，增加系統(tǒng)可靠性。

6 結束語

對于火災自動報警系統(tǒng)總線形式，目前國內產(chǎn)品主要以樹形結構為主，設計師也多習慣于設計樹形結構。但是隨著越來越多的國外消防報警品牌的引入，這些品牌大多可以提供兼容環(huán)形總線和樹形總線的接口。而國內產(chǎn)品也開始提供環(huán)形總線結構的工程解決方案，推出了環(huán)形總線接口和環(huán)形總線隔離模塊等產(chǎn)品。國內一些特殊場所(如大型連鎖酒店等)咨詢公司也會提出環(huán)形總線結構要求，特別是公安部“建筑高度>250m民用建筑必須采用環(huán)形總線結構”的要求，對國內廠家和設計師提出了新的要求。