工業(yè)廠區(qū)火災自動報警系統(tǒng)綜合聯(lián)網(wǎng)技術應用分析

羅慧豐

摘 要：作為火災危險性極高的化工、冶金等大型工業(yè)廠區(qū)，火災自動報警系統(tǒng)是必要的消防安全設施。工業(yè)廠區(qū)建設規(guī)模逐漸巨大化，使得廠區(qū)火災自動報警系統(tǒng)中火災報警控制器設置數(shù)量眾多。而火災報警控制器是火災自動報警系統(tǒng)綜合聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡上的重要節(jié)點，網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量越多，組網(wǎng)越復雜，系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡中各類信號的傳輸效率及安全性越無法得到保障。探索優(yōu)化火災自動報警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)形式、分級管理辦法、通訊接口類型等方面的應用，已成為現(xiàn)代工業(yè)廠區(qū)火災自動報警系統(tǒng)綜合聯(lián)網(wǎng)技術應用的新課題。

關鍵詞：工業(yè)廠區(qū)；火災自動報警系統(tǒng)；火災報警控制器聯(lián)網(wǎng)；技術應用

中分類號：TN215 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0180-03

近年來，國家新建的工業(yè)廠區(qū)建設規(guī)模逐漸巨大化，大型工業(yè)廠區(qū)建設規(guī)模廠區(qū)占地面積達數(shù)十萬平方米，更有甚者超出百萬平米。工業(yè)廠區(qū)上下游工藝生產(chǎn)鏈的集中化建設、配套生產(chǎn)廠房或生產(chǎn)裝置群建設、高效集中規(guī)?；a(chǎn)能輸出、生產(chǎn)-倉儲-物流一體化建設概念，都使得化工、冶金等現(xiàn)代化大型工業(yè)廠區(qū)實際使用的占地面積巨大。本文將結合典型的國內(nèi)特大煤化工廠區(qū)實例，分析論述大型工業(yè)廠區(qū)火災自動報警系統(tǒng)綜合聯(lián)網(wǎng)技術應用，并提出優(yōu)化建議。

1 大型工業(yè)廠區(qū)火災自動報警系統(tǒng)設置概述

火災自動報警系統(tǒng)是探測火災早期特征、發(fā)出火災報警信號，為人員疏散、防止火災蔓延和啟動自動滅火設備提供控制和指示的消防系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)行國家消防標準規(guī)范，工業(yè)廠區(qū)因其占地面積大、生產(chǎn)廠房或生產(chǎn)裝置群分散、需設置自動滅火設備等特點，一般需要設置多臺火災報警控制器組成火災自動報警系統(tǒng)的集中報警系統(tǒng)，當廠區(qū)內(nèi)有兩個及以上消防控制室時，應按照控制中心報警系統(tǒng)進行規(guī)劃。

火災自動報警系統(tǒng)的集中報警系統(tǒng)和控制中心報警系統(tǒng)，都需要由多臺火災報警控制器通過總線通訊聯(lián)網(wǎng)組成。目前，國內(nèi)外不同品牌的火災報警控制器在聯(lián)網(wǎng)形式、分級管理辦法、通訊接口類型、與消防控制室圖形顯示裝置信號傳輸?shù)确矫?，都有不同的做法。不同品牌火災報警控制器的做法?yōu)劣，直接影響火災自動報警系統(tǒng)本身探測火災早期特征、發(fā)出火災報警信號、聯(lián)動啟動自動滅火設備等工作完成效率。這就對工業(yè)廠區(qū)火災自動報警系統(tǒng)中，多臺火災報警控制器綜合聯(lián)網(wǎng)技術應用提出更高要求。

2 典型的國內(nèi)特大煤化工廠區(qū)火災自動報警系統(tǒng)綜合聯(lián)網(wǎng)實例

2.1 煤化工廠區(qū)概況

該煤化工廠區(qū)用地呈四邊形，東西長約1400米，南北寬約1600米，占地面積超過220萬平方米。廠區(qū)根據(jù)工藝流程及總圖布置的原則和要求，將全廠按功能劃分為以下五大區(qū)域：工藝生產(chǎn)裝置區(qū)、輔助生產(chǎn)設施區(qū)、公用工程區(qū)、儲運區(qū)、行政辦公及生活服務區(qū)。其中工藝生產(chǎn)裝置區(qū)由10個主生產(chǎn)裝置群構成，廠區(qū)內(nèi)另設有生產(chǎn)指揮控制中心、自備電廠（含輸煤棧橋）、凈/污水廠、綜合儲罐區(qū)、大型聚烯烴自動化包裝庫房等。行政辦公及生活服務區(qū)，含一棟地上9層、地下1層的一類高層辦公樓，三棟5層的員工倒班宿舍和一棟3層的員工活動中心等人員密集場所。

2.2 煤化工廠區(qū)火災自動報警系統(tǒng)類型及火災報警控制器設置數(shù)量

該煤化工廠區(qū)火災自動報警系統(tǒng)由28臺火災報警控制器組成控制中心類型的報警系統(tǒng)。全廠28臺火災報警控制器分散設置在工藝生產(chǎn)裝置區(qū)（7臺）、生產(chǎn)指揮控制中心（1臺）、自備電廠（6臺）、一處凈水廠（1臺）、一處污水處理廠（1臺）、兩處循環(huán)水站（2臺）、化驗站（1臺）、綜合儲罐區(qū)（1臺）、大型聚烯烴自動化包裝庫房（2臺）、行政辦公及生活服務區(qū)（6臺）。火災報警控制器采用RS-485通訊方式，按照環(huán)形布線形式連接通訊，形成環(huán)形總線通訊網(wǎng)絡。

造成廠區(qū)火災報警控制器數(shù)量眾多的原因主要有：

（1）部分工藝生產(chǎn)主裝置區(qū)火災探測器、手動火災報警按鈕和模塊等設備總數(shù)和地址總數(shù)，均超過3200點。甚至部分生產(chǎn)區(qū)設備總數(shù)和地址總數(shù)已經(jīng)上萬，如自備電廠火災報警控制器地址編碼總數(shù)達到12600余點。使得單臺火災報警控制器設計容量無法滿足實際需求，需增設控制器數(shù)量實現(xiàn)容量擴大。

（2）廠區(qū)占地面積過大，造成單臺火災報警控制器與最末端設備總線通訊距離達到產(chǎn)品理論上限?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)的信號總線一般采用RS485通訊方式，按照布線形式可以分為環(huán)形和樹形兩種。環(huán)形信號總線的通訊距離一般可以達到2000m，不過需要將環(huán)形總線首尾都需要和火災報警控制器連接。而該煤化工廠區(qū)裝置群眾多、火災探測點和聯(lián)動控制點分散交錯，信號總線從廠區(qū)任何單臺火災報警控制器引出，都無法在2000m內(nèi)完成環(huán)形鏈。

（3）業(yè)主方內(nèi)部管理制度的制約。該煤化工廠工藝生產(chǎn)裝置區(qū)、輔助生產(chǎn)設施區(qū)、公用工程區(qū)、儲運區(qū)、行政辦公及生活服務區(qū)都有各自的屬地管理責任單位。為了能清晰劃分將來工廠運營生產(chǎn)期間各個屬地管理責任單位的消防責任，工廠業(yè)主方要求根據(jù)不同的責任主體劃分廠區(qū)鄰近裝置群或建（構）筑物的火災報警區(qū)域。

2.3 煤化工廠區(qū)試生產(chǎn)期間火災報警控制器組網(wǎng)及分級管理要求

根據(jù)該煤化工廠區(qū)眾多火災報警控制器的特點，結合現(xiàn)行國家規(guī)范，該廠提出了“集中報警、分區(qū)域控制消防設備”的火災報警控制器管理要求。將生產(chǎn)指揮控制中心、行政辦公及生活服務區(qū)內(nèi)消防氣防站和生產(chǎn)調(diào)度值班室的3臺火災報警控制器作為全廠集中報警控制器及各自責任區(qū)域控制器，其他25臺分散在廠區(qū)的火災報警控制器作為各自責任區(qū)域報警及控制的控制器。同時為保障應急狀態(tài)下，火警及聯(lián)動控制信號能準確無誤的傳輸，在28臺火災報警控制器環(huán)形連接的基礎上，又采取了各火災報警控制器間聯(lián)網(wǎng)線路“一天一地”（即共兩條聯(lián)網(wǎng)線路，平常以地下敷設的傳輸線路為主，同時在地上敷設一條備用線路）冗余方式敷設?；馂膱缶刂破鹘M網(wǎng)及分級管理要求示意圖如圖1所示。

火災報警控制器分級管理說明：

（1）生產(chǎn)指揮中心、生產(chǎn)調(diào)度值班室、消防氣防站設置的火災報警控制器為一級報警網(wǎng)絡：可顯示并接收全廠區(qū)28臺火災報警控制器報送的火災報警信息和監(jiān)控設備的運行狀態(tài)及故障信息。一級報警網(wǎng)絡中的火災報警控制器可遠程控制消防水泵（注：全廠區(qū)采用穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)，在凈水廠區(qū)設立唯一消防水泵房）。

（2）各自責任區(qū)域報警及控制的控制器為二級報警網(wǎng)絡：能夠?qū)崿F(xiàn)管轄范圍內(nèi)實時火災的報警功能，監(jiān)視管轄范圍內(nèi)的火情，自動噴水系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)、防排煙、防火卷簾等自動消防設備由區(qū)域報警控制器實現(xiàn)手動/自動啟停。

2.4 煤化工廠區(qū)試生產(chǎn)期間消防控制室圖形顯示裝置使用情況

消防控制室圖形顯示裝置用于火災報警及消防聯(lián)動設備的管理與控制，以及設備的圖形化顯示，與火災報警控制器組成功能完備的圖形化消防中心監(jiān)控系統(tǒng)。消防控制室圖形顯示裝置通過RS-232/RS-485方式進行通訊聯(lián)網(wǎng)，接收、發(fā)送、顯示火災探測器、手動火災報警按鈕和模塊等設備的異常信息及火災報警控制器信息，從而實現(xiàn)火災報警系統(tǒng)的遠程監(jiān)控。

因該煤化工廠區(qū)火災自動報警系統(tǒng)十分龐大，全廠共28臺火災報警控制器同時在線工作，且根據(jù)火災報警控制器組網(wǎng)特點和分級管理要求，該廠區(qū)共設置了3套消防控制室圖形顯示裝置。分別設置于生產(chǎn)指揮中心、聚丙烯裝置和聚乙烯裝置的聯(lián)合控制室、自備電廠集中控制室，該三處地點輻射的范圍較均衡的把矩形廠區(qū)劃分為三大片。3套消防控制室圖形顯示裝置通過火災報警控制器環(huán)形網(wǎng)絡通訊，每套裝置均能監(jiān)控全廠區(qū)信息。

3 工業(yè)廠區(qū)火災自動報警系統(tǒng)綜合聯(lián)網(wǎng)技術應用優(yōu)化建議

3.1 工業(yè)廠區(qū)生產(chǎn)裝置群合理化布局

工業(yè)廠區(qū)生產(chǎn)裝置群合理化布局，將極大的縮小廠區(qū)占地面積，減少火災自動報警系統(tǒng)的點位數(shù)量，使得火災自動報警系統(tǒng)綜合聯(lián)網(wǎng)更精簡高效。

目前，國家未正式發(fā)布煤化工工程設計防火規(guī)范，該煤化工廠區(qū)項目前期設計依據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》GB50160-2008進行規(guī)劃總體規(guī)劃與工廠總平面布置。工廠總平面布置，應根據(jù)工廠的生產(chǎn)流程及各組成部分的功能要求、生產(chǎn)特點、火災危險性，結合地形、風向、交通等條件，按功能分區(qū)布置。根據(jù)總平面布置的總體原則，占地面積最小化能縮短火災自動報警系統(tǒng)總線通訊距離，減少火災報警控制器數(shù)量。

煤化工廠區(qū)，火災自動報警系統(tǒng)設置探測、報警點位的場所，主要集中在封閉廠房、各類控制室、變電站、機柜間、輸配煤棧橋和轉運站、卸儲配煤筒倉、危險性大規(guī)模大的儲罐區(qū)、特殊專利商設備、大型倉庫、行政辦公及生活服務區(qū)內(nèi)的人員密集場所等。而很多室外塔器、室外鋼結構框架和管廊、室外設備群、火炬、水塔、污廢水池等，火災自動報警系統(tǒng)設置的探測、報警點位很少或沒有設置要求。在不影響工藝生產(chǎn)的前提下，調(diào)整有設置探測、報警點位的場所盡量集中相鄰，其他無探測、報警點位的區(qū)域在外側排布。針對設置探測、報警點位較多的原料煤和燃料煤的輸配段、儲運設施的可燃液體儲罐和液化烴和液氨地上壓力儲罐、行政辦公及生活服務區(qū)內(nèi)的人員密集場所，在滿足規(guī)范中防火間距的要求前提下，盡量避免長條形排布，以達到占地面積相對集中的目的。

3.2 火災自動報警系統(tǒng)探測、報警點位的設置優(yōu)化

通過優(yōu)化火災自動報警系統(tǒng)探測、報警點位的設置，能有效減少區(qū)域性火災報警控制器的總線點位數(shù)量，進一步優(yōu)化火災自動報警系統(tǒng)綜合聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡上的控制器節(jié)點數(shù)量。

煤化工廠區(qū)部分區(qū)域可根據(jù)火災危險性，采用可燃和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)、電視監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）等已有設施替代火災自動報警系統(tǒng)的煙、溫探測點?！妒突て髽I(yè)設計防火規(guī)范》GB50160-2008中，第8.12.1條的條文說明提出：“在石油化工企業(yè)的火災危險場所設置火災報警系統(tǒng)可及時發(fā)現(xiàn)和通報初期火災，防止火災蔓延和重大火災事故的發(fā)生?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)和火災電話報警，以及可燃和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)、電視監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）等均屬于石油化工企業(yè)安全防范和消防監(jiān)測的手段和設施，在系統(tǒng)設置、功能配置、聯(lián)動控制等方面應有機結合，綜合考慮，以增強安全防范和消防監(jiān)測的效果。”該規(guī)范條文明確了除火災自動報警系統(tǒng)和火災電話報警，可燃和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)、電視監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）等均可用作于消防監(jiān)測的手段和設施。同時，火災自動報警系統(tǒng)應設置的警報裝置，可由生產(chǎn)區(qū)的擴音對講系統(tǒng)兼作為警報裝置。當重要的火災危險場所應設置消防應急廣播時，擴音對講系統(tǒng)增設能切換至消防應急廣播狀態(tài)的功能即可。

3.3 火災自動報警系統(tǒng)布線形式及通訊方式的優(yōu)化

目前，常規(guī)的火災自動報警系統(tǒng)的信號總線一般采用RS485通訊方式，按照布線形式可以分為環(huán)形和樹形兩種。樹形的信號總線通訊距離一般可以達到1500m，如果在線路中間增加中繼模塊可以將信號通訊距離延長至3000m。環(huán)形的信號總線通訊距離一般可以達到2000m，不過需要注意環(huán)形總線首尾都需要和火災報警控制器連接，即起點也是終點，所以其實際的通訊距離是樹形總線的一半左右。因煤化工廠區(qū)屬于高危廠區(qū)，環(huán)形的系統(tǒng)通訊，一方面是考慮到了火警信息的安全通訊，物理線路上總線的點位做到了雙線路與火災報警控制器連接。但是如果總線通訊接口的更新，也能做到物理單線路的最大化安全性，對加長單臺火災報警控制器的總線通訊距離的意義就非常大了。這里推薦選用CAN接口通訊提高數(shù)據(jù)通訊實時性、可靠性。CAN（Controller Area Network）屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡。較之RS-485而言，基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下兩個方面對火災自動報警系統(tǒng)綜合聯(lián)網(wǎng)具有明顯的優(yōu)越性：

（1）CAN控制器工作于多主方式，網(wǎng)絡中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權采用無損結構的逐位仲裁方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對通訊數(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總線構成的網(wǎng)絡各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通訊實時性強，并且容易構成冗余結構，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。而利用RS-485只能構成主從式結構系統(tǒng)，通訊方式也只能以主站輪詢的方式進行，系統(tǒng)的實時性、可靠性較差。

（2）CAN總線通過CAN控制器接口芯片兩個輸出端CANH和CANL與物理總線相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會出現(xiàn)象在RS-485網(wǎng)絡中，當系統(tǒng)有錯誤，出現(xiàn)多節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，導致總線呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響，從而保證不會出現(xiàn)因個別節(jié)點出現(xiàn)問題，使得總線處于“死鎖”狀態(tài)。

火災報警控制器如果能夠采用CAN接口進行總線通訊，并選用樹形布線形式，輔以信號增強的中繼模塊，將最大化保證通訊數(shù)據(jù)的實時性、可靠性，同時加長火災報警控制器總線線路的通訊距離，以精減火災自動報警系統(tǒng)綜合聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡中的火災報警控制器數(shù)量。也可免去各火災報警控制器間聯(lián)網(wǎng)線路“一天一地”的冗余布線形式，節(jié)省工廠投資。

3.4 火災自動報警系統(tǒng)分級管理及消防控制室圖形顯示裝置設置優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)行國家規(guī)范要求，煤化工廠區(qū)生產(chǎn)區(qū)、公用工程及輔助生產(chǎn)設施、全廠性重要設施和區(qū)域性重要設施等火災危險性場所應設置區(qū)域性火災自動報警系統(tǒng)。設置兩套及兩套以上的區(qū)域性火災自動報警系統(tǒng)宜通過網(wǎng)絡集成為全廠性火災自動報警系統(tǒng)。全廠性消防控制中心可設置在中央控制室（生產(chǎn)指揮中心），同時在生產(chǎn)調(diào)度中心、企業(yè)專職消防特勤站通訊接警室設立輔助消防監(jiān)控中心，作為全廠消防監(jiān)管一級網(wǎng)絡。同時，僅要求全廠性消防控制中心的火災報警控制器能聯(lián)動控制或者遠程啟動全廠消防供水設施（化工廠區(qū)一般采用穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)，消防水池與生產(chǎn)生活用水池并設一處，消防供水設施也只有一處），以做到應急工況下第一時間提供足量足壓的消防水。生產(chǎn)調(diào)度中心、企業(yè)專職消防特勤站設置在行政辦公區(qū)，距離生產(chǎn)區(qū)的消防泵房距離較遠，如果要求專用線路直接連接至消防泵控制箱（柜），無疑將加大工廠建設期的線路施工費用，并增加運營期的線路維護成本。

消防控制室圖形顯示裝置可只設置在全廠性消防控制中心（中央控制室）、輔助消防監(jiān)控中心（生產(chǎn)調(diào)度中心、企業(yè)專職消防特勤站通訊接警室），用于顯示全廠區(qū)所有火災報警控制器傳輸?shù)幕鹁?、監(jiān)管或聯(lián)動反饋等信號。該三處監(jiān)控中心，可培訓專職或兼職消防監(jiān)控/操作人員，24h值守。火災報警控制器與消防控制室圖形顯示裝置之間也可選用CAN接口通訊提高數(shù)據(jù)通訊實時性、可靠性。

4 結語

火災自動報警系統(tǒng)作為大型工業(yè)廠區(qū)必要的消防安全設施，其綜合聯(lián)網(wǎng)技術應用應更注重網(wǎng)絡上各類信號傳輸?shù)膶崟r性、可靠性。通過優(yōu)化火災自動報警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)形式、分級管理辦法、通訊接口類型等方面的應用，可有效簡化火災自動報警系統(tǒng)綜合聯(lián)網(wǎng)的復雜性，使系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡中各類信號的傳輸效率及安全性得到保障。

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