淺談CRH380BL型動車組火災報警系統的組成和原理

李想

摘 要：隨著模糊控制、神經網絡兩類智能控制技術的成功引入，火災探測技術真正進入智能階段。智能系統具有很強的適應性、學習能力、容錯能力和并行處理能力，近乎于人類的神經思維。同時它也是一種分布式智能控制系統，控制主機和探測器都具有智能功能，從而使整個系統的響應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安全，對車輛安全行駛有重要作用。文章在綜合分析火災發生規律和光電感煙探測原理的基礎上，簡述了火災探測器組成，探測器工作原理及結構，并對感煙探測器通訊進行了簡要描述。

一、火災自動報警系統概述

其中，X組是近處報警所要求的設備：A-火災探測器，B-控制和指示設備，C-火災警報裝置，D-手動觸發裝置，L-電源；E-火警發送裝置，F-火警接收站，J-故障報警發送裝置，K-故障報警接收站；Z組是近處自動消防設備要求的附加設備：G-自動消防設備控制裝置，H-自動消防設備。設備間的實線連接表示需要經常建立的連接，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監測的功能，Z組主要完成火警發生時的火災撲救等聯動控制。x組是火災監測系統的核心部分，下面重點介紹X組組件的功能。

（1）A-火災探測器：火災探測器是能夠自動產生火災報警信號的器件，它是火災報警系統的感覺器官，能夠準確探測火災發生時的特征物理量，如溫度、煙霧和氣體等信號，并傳輸給火災報警控制器。（2）D-手動觸發裝置：手動觸發裝置，顧名思義就是能夠手動產生火災報警信號的器件，用以完成系統自檢、故障診斷等功能，它和火災探測器統稱為觸發器。（3）B-控制和指示設備：最基本的控制和指示設備是火災報警控制器，根據保護對象等級不同可分為區域火災報警控制器、集中火災報警控制器。（4）C-火災警報裝置：火災警報裝置通過發出聲、光等火災報警信號，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：火災自動報警系統是消防用電設備，應設有主電源和直流備用電源，目前直流24V是國際標準中優先考慮使用的電源等級。

二、火災探測器組成

按照模塊化設計思想，智能火災探測器主要包括以下幾個模塊組成：

（1）煙霧、溫度采集電路：根據米氏散射理論，選用當前主流的前向散射煙霧檢測室，完成紅外發光管驅動電路和光電檢測電路設計，最終經過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境溫度信息。

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

（3）基礎保障電路：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，上電復提供穩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，還用單穩態多諧振蕩器設置了死機顯示電路。

（4）電源變換模塊：電源變換模塊完成標準消防電壓110V到芯片供電電壓的轉換，設計采用換器輸出24V直流電壓，轉換效率高，負載電流可達lA。（5）串口通信模塊：為方便程序調試和系統維護升級，設計了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，并對系統故障進行檢控。依靠所檢測的系統狀態使公共信號線受到激活，發出報警、故障、準備就緒等信號。對測試要求作出響應，并提供診斷信息。為SD提供電源。

三、煙霧探測器原理及結構

在動車環境下發生的大多數火災中，溫度和煙霧是變化最明顯的兩個物理量，物質燃燒的初期階段，伴隨著大量的可見和不可見煙霧顆粒。因此，采用感煙探測技術可以較快感應到火災的發生。

點型光電感煙探測器，它是“主動”式探測器。沒有煙霧時，由于光學迷宮的特別設計（即紅外發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光二極管（在火災報警領域主要采用紅外波段，波長在900nm左右）發射的光信號，當有火災發生時，煙霧擴散到探測器的迷宮之內會對紅外發光二極管的發射光產生散射，從而使光電接收二極管能夠接收到散射光信號，光信號的大小標志著煙霧濃度，也標志著火災燃燒的程度。

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

火災報警系統中嬉戲傳輸采用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絡，是一種通信速率可達1Mb/s的多主總線，具有優先搶占方式進行總線仲裁的作用機理，錯誤幀可自動重發，永久故障可自動隔離，不影響整個網絡正常工作，可靠性高，而且協議簡單，開放性強，組網靈活，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，網絡中的各節點都可根據總線訪問優先權（取決于報文標識符）采用無損結構的逐位仲裁的方式競爭向總線發送數據，且CAN協議廢除了站地址編碼，而代之以對通信數據進行編碼，這可使不同的節點同時接收到相同的數據，這些特點使得CAN總線構成的網絡各節點之間的數據通信實時性強，并且容易構成冗余結構，提高系統的可靠性和靈活性。

（2）良好的傳輸防錯能力。CAN采用短幀結構，數據最多8個字節，數據傳輸時間短，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）全數字化的雙向傳輸。用以取代傳統的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、信號回路彼此連接。信號回路由多個區段構成，每個與兩個設備連接。信號從區段上通過參與者（煙氣探測器或煙氣探測控制單元）傳送到另一個片段上。每個區段均是一個獨立的CAN總線。

五、結論

智能煙火報警系統在動車安全防護領域具有舉足輕重的作用，它在保護人民生命財產安全、保障生產運營秩序和促進高速鐵路長足發展具有深遠的現實意義。本文圍繞CRH3型動車實際火災報警系統的工程需要，在綜合分析火災發生規律和探測原理的基礎上，對系統的整體結構及組成進行了分析，對探測器結構進行了講解，增加了對火災報警系統的認識。