東莞地鐵2號線火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計

劉國菲 張 偉

（中國南車集團(tuán)南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司動車設(shè)計部，210031，南京∥第一作者，工程師）

東莞地鐵2號線火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計

劉國菲 張 偉

（中國南車集團(tuán)南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司動車設(shè)計部，210031，南京∥第一作者，工程師）

從車輛火災(zāi)報警的系統(tǒng)構(gòu)成、設(shè)備性能、技術(shù)特點等方面對東莞地鐵2號線火災(zāi)報警系統(tǒng)進(jìn)行了描述。該系統(tǒng)具有雙機(jī)熱備冗余、單點故障不擴(kuò)散和維護(hù)簡單等特點，并通過了相關(guān)試驗。

火災(zāi)報警系統(tǒng)；煙溫復(fù)合探測器；感溫電纜

First-author'saddressEMUS Design department，CSR Nanjing Puzhen rolling stock Co.，Ltd.，210031，NanJing，China

近年來，世界各國地鐵火災(zāi)偶有發(fā)生，由于地鐵所具有相對封閉的環(huán)境特點，使得地下鐵道中發(fā)生的火災(zāi)比地面建筑物中發(fā)生的火災(zāi)更具危險性。火災(zāi)的影響因素較多，相互之間作用與制約關(guān)系復(fù)雜。如同樣是電氣設(shè)備故障導(dǎo)致的地鐵火災(zāi)，有的可能由于發(fā)現(xiàn)與撲救及時不會造成任何傷亡，但有的卻可能迅速蔓延造成很大的傷亡與損失，因此在新型地鐵列車上都裝有火災(zāi)報警系統(tǒng)，以迅速地對火災(zāi)進(jìn)行報警，最大程度地減少人員傷亡與財產(chǎn)損失。東莞地鐵2號線全程37.7 km，共設(shè)15座車站，其中有14座是地下車站，采用B型車6節(jié)編組的列車。車輛運(yùn)行的整體環(huán)境較封閉，因此對于列車的防火提出了要求，在每列車上設(shè)置一套智能的火災(zāi)報警系統(tǒng)。整個系統(tǒng)配置了一定數(shù)量的智能煙溫復(fù)合探測器以及感溫電纜，能夠及時地檢測到異常的煙溫變化，產(chǎn)生報警信號向司機(jī)室報警，并能夠通過無線通信裝置將報警信號實時發(fā)送到運(yùn)營控制中心（OCC），以便能夠及時指揮乘客疏散、調(diào)度工作人員搶險救災(zāi)，減少意外造成的損失。

1 火災(zāi)報警系統(tǒng)構(gòu)成

東莞地鐵2號線設(shè)計的火災(zāi)報警系統(tǒng)主要包括：在客室內(nèi)和電氣柜內(nèi)設(shè)置煙溫復(fù)合探測器；在車下底架牽引、輔助系統(tǒng)和蓄電池等關(guān)鍵設(shè)備箱內(nèi)設(shè)置檢測火警信息的感溫電纜，并將檢測到的火警信息傳送到司機(jī)室顯示并報警；在司機(jī)室設(shè)有火災(zāi)報警控制器，火災(zāi)報警控制器提供系統(tǒng)與外部的接口。火災(zāi)報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 火災(zāi)報警系統(tǒng)框圖

為了適應(yīng)城市軌道交通系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境和滿足火災(zāi)報警系統(tǒng)通信可靠性的需求，火災(zāi)報警系統(tǒng)采用2條總線設(shè)計。

（1）CAN_BUS列車總線：通信總線采用CAN _BUS方式連接。兩臺火災(zāi)報警控制器通過CAN_ BUS來共同監(jiān)測和管理所有的煙溫復(fù)合探測器和感溫電纜，同時也起到彼此之間的信息交換作用，使得兩臺火災(zāi)報警控制器得到的報警信息相同。

（2）煙溫探測總線：煙溫探測總線由DC 24 V電源線和RS 485通信線組成，其中DC 24 V由火災(zāi)報警控制器通過DC 110 V變換而成。控制器與煙溫復(fù)合探測器通過煙溫探測總線以串接環(huán)形方式連接，這種串接環(huán)形網(wǎng)的特點是可以提高網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，可實現(xiàn)探測器自動編組（編號），以便于系統(tǒng)管理。火災(zāi)報警控制器通過煙溫探測總線來獲取探測器和感溫電纜的信息，并對探測器與感溫電纜進(jìn)行管理。煙溫探測總線的信號傳輸速率可達(dá)38 400 bps，當(dāng)一個探測器有通信異常或者有潛在的火警/故障時，控制器可以多次訪問該探測器，進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，避免由于誤碼等原因造成誤報警。

火災(zāi)報警控制器提供火災(zāi)報警系統(tǒng)的對外接口，采用RS 422接口與乘客信息系統(tǒng)（PIS）進(jìn)行通信，通過PIS系統(tǒng)將火災(zāi)報警信息以及故障、狀態(tài)信息上報到列車綜合管理系統(tǒng)（TCMS），TCMS提供與無線通信系統(tǒng)（RADIO）的接口，將火災(zāi)報警信息實時發(fā)送到OCC（運(yùn)營控制中心）。數(shù)據(jù)流程圖如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)流程圖

火災(zāi)報警系統(tǒng)與PIS系統(tǒng)直接通信，主要基于以下兩點考慮：

（1）當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，可以直接聯(lián)動PIS系統(tǒng)的客室攝像機(jī)，PIS系統(tǒng)的監(jiān)控觸摸屏自動切換到報警車廂的畫面，使司機(jī)直接看到客室的狀況。

（2）地鐵列車上TCMS系統(tǒng)都采用MVB（多功能車輛總線）列車總線，符合IEC 61375的標(biāo)準(zhǔn)，火災(zāi)報警系統(tǒng)提供MVB接口需要做接口測試以及大量試驗驗證，增加了接口設(shè)計風(fēng)險以及設(shè)計周期。采用通用的RS 422與PIS進(jìn)行接口，簡化了接口設(shè)計，增加了系統(tǒng)可靠性。

2 設(shè)備介紹

東莞地鐵2號線火災(zāi)報警系統(tǒng)所用的設(shè)備均是采用技術(shù)先進(jìn)、高可靠性的設(shè)計，能夠準(zhǔn)確地探測到環(huán)境參數(shù)，在火災(zāi)初期發(fā)出報警信號，為后期救援爭取時間。

2.1 火災(zāi)報警控制器

東莞地鐵2號線火災(zāi)報警系統(tǒng)的火災(zāi)報警控制器采用智能控制芯片，具備自診斷功能，可自動診斷自身以及探測器運(yùn)行狀態(tài)并顯示詳細(xì)狀態(tài)信息；可通過維護(hù)界面修改系統(tǒng)內(nèi)各探測設(shè)備的功能參數(shù)，如根據(jù)實際環(huán)境及需要進(jìn)行告警靈敏度調(diào)整；可對發(fā)生故障的探測器進(jìn)行屏蔽與解屏蔽；可存儲系統(tǒng)的故障、報警信息，并可在控制器上進(jìn)行查閱。火災(zāi)報警功能和故障報警功能反應(yīng)迅速，當(dāng)火災(zāi)探測器發(fā)出火災(zāi)報警信號輸入時，控制器在10 s內(nèi)發(fā)出火災(zāi)報警聲、光信號。當(dāng)控制器內(nèi)部、控制器與其連接的部件間發(fā)生故障時，控制器在100 s內(nèi)發(fā)出與火災(zāi)報警信號有明顯區(qū)別的故障聲、光信號，均能夠滿足GB 4717標(biāo)準(zhǔn)的要求。火災(zāi)報警控制器除了可以從探測器讀取報警信息之外，還可以讀取當(dāng)前煙霧檢測濃度、當(dāng)前溫感溫度值和感溫電纜的故障信息。

2.2 煙溫復(fù)合探測器

煙溫復(fù)合探測器的核心由煙霧傳感、環(huán)境溫度傳感、信號處理和雙獨(dú)立RS485通信接口等部分組成。其中煙霧傳感部分由迷宮式暗室、紅外光接收發(fā)射裝置、光學(xué)透鏡和有一定防塵防蟲作用的濾網(wǎng)組成，采用光散射原理對外部煙霧進(jìn)行探測，當(dāng)外部煙霧粒子濃度在連續(xù)時間內(nèi)（可設(shè)定）大于等于煙霧濃度報警閾值（可設(shè)定）時向外提供煙霧報警信息。

環(huán)境溫度的監(jiān)測采用了數(shù)字式溫度傳感器，溫感器的作用除了監(jiān)測環(huán)境溫度之外還給煙霧信號處理電路提供了溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩囟葓缶捎昧硕胤绞剑?dāng)監(jiān)測到環(huán)境溫度在連續(xù)時間內(nèi)（可設(shè)定）大于等于溫度報警閾值（可設(shè)定）時向外提供溫度報警信息。

煙溫復(fù)合探測器上提供線型熱敏感溫電纜監(jiān)測接口，將感溫電纜直接接到煙溫復(fù)合探測器上，這樣的配置節(jié)省了感溫電纜的探測模塊，使系統(tǒng)更加集成，減少了系統(tǒng)的故障點，降低故障率。

煙溫復(fù)合探測器上每個RS 485端口既可收發(fā)數(shù)據(jù)也可起到通信中繼的作用，此種點到點的通信

模式其特點是線驅(qū)動能力強(qiáng)、負(fù)載小，因而節(jié)點與節(jié)點之間在較遠(yuǎn)的距離情況下仍可采用高速率進(jìn)行通信，這樣既可提高通信信息的流量也可提高通信的可靠性。煙溫復(fù)合探測器的接口如圖3所示。

圖3 煙溫復(fù)合探測器的接口

2.3 感溫電纜

感溫電纜采用開關(guān)模式的線型熱敏電纜，此類線型熱敏感溫電纜是由2根套有熱敏聚合物的相互絕緣的鋼線導(dǎo)體構(gòu)成，兩根熱敏聚合物導(dǎo)線是相互緊密纏繞的，然后套有保護(hù)帶，在最外層則是保護(hù)套管。感溫電纜的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 感溫電纜結(jié)構(gòu)示意圖

感溫電纜能夠?qū)ρ刂浒惭b長度范圍內(nèi)任意一點的溫度變化進(jìn)行探測，在感溫電纜的末端接上終端電阻。其感溫原理是在正常監(jiān)視狀態(tài)下，兩根鋼絲處于絕緣狀態(tài)，輸出有電阻的信號，當(dāng)周邊環(huán)境溫度上升到預(yù)定動作溫度時，熱敏材料破裂，兩根鋼絲產(chǎn)生短路，此時的感溫電纜的總電阻值就會降低，煙溫復(fù)合探測器則根據(jù)線纜的電阻變化情況得出報警依據(jù)。感溫電纜有不同額定動作溫度，一般分為68℃，88℃，105℃，138℃，180℃等級別，實際應(yīng)用時要根據(jù)不同的場合選用合適的動作溫度。感溫電纜的動作溫度以大于被保護(hù)部件或設(shè)備的最大工作溫度為原則，因此，在東莞地鐵2號線上，在車下底架的蓄電池箱選用的是88℃的感溫電纜；輔助逆變器箱和牽引逆變器箱中的變壓器工作溫度較高，選用級別較高的180℃的感溫電纜。

感溫電纜要比普通電纜的成本高，根據(jù)圖1所示，車下箱體內(nèi)感溫電纜需要連接到車上煙溫復(fù)合探測器上，在箱體外無需探測的區(qū)域可以采用普通電纜過渡。所以電纜敷設(shè)時，箱體內(nèi)敷設(shè)感溫電纜，通過端子排連接普通電纜到車上的煙溫復(fù)合探測器上。感溫電纜的接線圖如圖5所示。

圖5 感溫電纜接線圖

3 探測器布置

煙溫復(fù)合探測器的探測效果要取決于探測器安裝的位置合適，要具備良好的空氣流動性，這樣才能夠及時檢測到煙霧。本系統(tǒng)設(shè)計時重點對車上煙溫復(fù)合探測器的安裝位置做了詳細(xì)的分析，以保證有異常煙霧時能夠探測及時、準(zhǔn)確。

地鐵列車上客室的回風(fēng)區(qū)域具備良好的空氣流通，因此煙溫復(fù)合探測器安裝在空調(diào)回風(fēng)區(qū)域的效果最佳。東莞地鐵2號線的空調(diào)回風(fēng)示意圖如圖6所示，空調(diào)的回風(fēng)完全經(jīng)過內(nèi)裝的側(cè)頂板內(nèi)，因此將煙溫復(fù)合探測器安裝在側(cè)頂板內(nèi)（如圖6所示）。

圖6 空調(diào)回風(fēng)與探測器布置示意圖

探測器布置的位置具有如下特點。

（1）準(zhǔn)確報警：客室的煙霧能夠完全經(jīng)過探測器，讓探測器能夠準(zhǔn)確檢測到客室煙霧狀況。

（2）方便維護(hù)：當(dāng)需要檢修時，只需打開側(cè)頂板就能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行更換、檢修等維護(hù)工作。

（3）減少污染：避免探測器直接暴露在客室，減少灰塵污染。

4 系統(tǒng)設(shè)計特點

本系統(tǒng)設(shè)計時著重考慮了高可靠性設(shè)計以及可維護(hù)性設(shè)計，以保證列車運(yùn)營后系統(tǒng)能安全可靠地運(yùn)行使用，為列車早期火災(zāi)檢測提供有力的保障。

4.1 雙機(jī)熱備冗余

兩臺火災(zāi)報警控制器采用同時工作的模式，列車上電后，兩臺火災(zāi)報警控制器同時啟動工作，互為熱備。當(dāng)一臺火災(zāi)報警控制器發(fā)生故障，通過另一臺火災(zāi)報警控制器仍可以對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測管理，可以查詢各個探測器的狀態(tài)以及歷史記錄，可以上報火警信息等，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的雙機(jī)熱備控制。

4.2 單點故障不擴(kuò)散

任何一個煙溫復(fù)合探測器發(fā)生故障或者煙溫探測總線出現(xiàn)斷點，都不影響其它煙溫復(fù)合探測器工作。兩臺火災(zāi)報警控制器分別檢測與其相連的煙溫復(fù)合探測器，然后通過CAN_BUS列車總線交換信息，在任何一臺火災(zāi)報警控制器上仍可以查到其他所有煙溫復(fù)合探測器的狀態(tài)，系統(tǒng)仍能夠正常工作，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

4.3 維護(hù)簡單

火災(zāi)報警控制器帶有標(biāo)準(zhǔn)的USB接口，通過維護(hù)筆記本電腦可以方便地訪問火災(zāi)報警控制器，下載火災(zāi)報警控制器中的火警信息以及故障信息，為后續(xù)事件分析提供依據(jù)，操作簡單，方便日常維護(hù)。

4.4 強(qiáng)有力的試驗保證

系統(tǒng)所采用的探測器和控制器均是符合國家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，通過了GB 4715、GB 4717等標(biāo)準(zhǔn)中要求的各項試驗，同時遵守鐵路車輛上使用的電子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，按照EN 50155以及IEC 61373國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行形式試驗。

5 結(jié)語

地鐵列車火災(zāi)報警系統(tǒng)的作用十分重要，它關(guān)系著乘客和工作人員的生命、財產(chǎn)安全，因此，我們必須不斷總結(jié)以往的實際使用經(jīng)驗，完善地鐵列車火災(zāi)報警系統(tǒng)的保障功能，使地鐵列車的消防滅火系統(tǒng)設(shè)計得更為完備、安全。東莞地鐵2號線火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)先進(jìn)，并且具有高可靠性、可維護(hù)性，可為后續(xù)項目的設(shè)計提供參考。

［1］ 徐惠鋼，張曉明.列車火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.傳感器技術(shù)，2004（2）：65.

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［3］ 楊濤，張九高.上海地鐵7號線列車火災(zāi)報警系統(tǒng)淺釋［J］.機(jī)電信息，2011（18）：198.

［4］ GB 50116—2008火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］ GB 4717—2005火災(zāi)報警控制器［S］.

［6］ GB 4716—2005點型感溫火災(zāi)探測器［S］.

［7］ GB 4715—2005點型感煙火災(zāi)探測器［S］.

Design of Fire Alarm System for Dongguan Metro Line2 Vehicle

Liu Guofei，Zhang Wei

The fire alarm system installed on metro vehicles for Dongguan Metro Line2 is described in detail fromaspects of system configuration，equipment capability and design characteristics.This system features advanced technology，such as dual hotredundance，non-proliferation of single point failure and simple maintenance，and has been verified through various tests.

fire alarm system；detector of smoke and temperature；cable of temperaturedetection

U 231.96

2012-12-17）