十六章 船舶火災自動報警系統(tǒng)

1、項目十六 船舶火災自動報警系統(tǒng) 任務一 火災探測方法及探測器 任務二 火災探測器的故障分析 任務三 干貨艙自動探火及報警系統(tǒng) 任務四 易燃氣體探測系統(tǒng) 任務五 CS4000火災探測系統(tǒng)簡介 任務一 火災探測方法與探測器 Fire Detection Method And Detector 1火災探測方法 Fire Detection Method 先探究普通可燃物質燃燒的表現形式 普通物質 燃燒過程 曲線 Common Matter Combustion Process Curve 從上圖分析 普通物質燃燒大致分三個過程 初起陰燃 火焰充分燃燒 衰減熄滅 每個過程的特點 占時長 預熱并生成可燃

2、氣體 產生現象(如煙霧、 溫升) 各階段過程的特點 初期和陰燃階段 占時較長 產生煙霧可燃氣 環(huán)溫不高 火勢未達到蔓延程度 此階段重要的火災 信息 煙霧濃度 如此時探知 將損失 控制在最低限度 火災初期特性由什么決定？ 兩個因素 物質的著火性(Ignitability)和可燃 性(flammability) 火災在有限無區(qū)開始與蔓延(spread)的影響因 素:可燃物類別、著火性、分布；火災荷載； 著火區(qū)條件；新鮮空氣量；形成的溫度 火焰燃燒 階段 煙霧相對較少 溫度升高 溫升很快 此階段重要的火災 信息 明顯的溫度變化 如此時探知 較及時控制火災 強烈火焰輻射 各種波長光，(大量紅外 線、紫

3、外線0 此階段重要的火災 信息 紅外與紫外光 如利用光的探測也可探測 缺陷 因較長陰燃產生大量煙而降低光可見 度影響效果 衰減熄滅 階段 可燃物 減少 燃燒速度 下降 溫度 下降 平均溫度 下到最高溫的80%時 進入熄火 火災探測方法 Fire Detection Method 不同火災探測方法的形成 依據：物質燃燒過程中的特點 基礎：物質燃燒過程中發(fā)生的 能量轉換和物質轉換 如下圖 火災探測 方法 Fire Detection Method 2火災探測器 Fire Dector 探測器概述 探測器組成 探測器分類 各類探測器工作原理 探測器選擇 探測器布局 探測器概述 Detector Ov

4、erview 概述 及時探測和傳輸與火災有關的物理 或化學現象的探測裝置 組成 由火災參數傳感器或測量元件、探 測信號處理單元和火災判斷電路 探測器 分類 Detector Types 探測方法與原理 主要有感煙式、感溫式、感 光式（火焰探測式）和可燃氣體等四大類 （ 新的 包括復合探測器） 結構造型 點型 和 線型 船上采用的均為 點型 使用環(huán)境 陸用 船用 耐寒 耐酸 耐堿 防爆性 感煙式火災探測器 Smoke Fire Detector 概述 可探測70%以上 火災 常用的 離子式和光電式 感煙式 工作原理 Smoke Detector Working Principle 應用 煙霧粒子

5、改變電離室電離電流 （空氣電離化） 電離電流 形成示意圖 電離室 分雙極性與單極性 單雙極電離室 的特性 雙極電離室 室內全部被射線照射，室 內空氣都被電離 單極電離室 被射線所照射部分形成電 離區(qū)，而未被照射的部分為非電離區(qū) 比較 單極 比 雙極 的電離電流變化大，得 到電壓變化量大，提高了感煙探測器靈敏 度 (內外)電離室 反向 串聯 (inside and outside) Ionization Chamber Anti-cascade (內外)電離室 特點 (inside and outside) Ionization Chamber Feature 內電離室（補嘗或參考） 煙粒子難進

6、、空 氣又緩進 工作在飽和區(qū) 外電離室（檢測） 煙霧易進 工作在靈敏區(qū) 反向串聯 為了減少環(huán)境溫度、濕度、氣壓 等自然條件變化對電離電流的影響提高 探測器的環(huán)境適應能力和穩(wěn)定性。 反串聯電離室電壓-電流特性曲線 Anti-cascade Ionization Chamber V-A Characteristic curve 反串聯電離室實現報警原理 Anti-cascade Ionization Chamber Alarm Principle 正常 外加電壓Vo=V1+V2 火災 電離電流減少 檢測室阻抗增加 檢測室電壓增加V2 當該增量增到一定值，開關動作，報警， 離子感煙探測器電路原理圖

7、Ionic Smoke Detector Circuit Principle Diagram 圖167 單源式離子感煙探測器工作原理示意圖 figure 16-7 Unisource Ionic Smoke Detector Working Principle Schematic Diagram 檢測與補償電離室由極板P1、P2、Pm構成，共用一個放射源， 都工作在特性曲線靈敏區(qū)，Pm極電位變化量反映煙霧濃度 內外電離室結構上敞開受環(huán)境變化影響相同，提高了環(huán)境中微 小顆粒變化能力 抗潮能力比雙源好 光電感煙式火災探測器 Photo Electric Smoke Detector 原理：煙霧改變

8、光敏元件受光強弱而發(fā)出 警報信號。 根據煙霧粒子對光的吸收和散射作用，可 分為減光式和散射光式兩種類型。 遮光式光電感煙探測器 Shading Photo Electric Smoke Detector 檢測暗室煙霧粒子的 吸收和散射作用：使 光通量減少，在受光 元件上產生光電流降 低 光電流相對于初始值 的變化量反映了煙霧 的濃度 對火災信息進行放大 比較或火災參數運算， 最后通過傳輸電路產 生相應的火災信號。 散射光式光電感煙火災探測器 Scattered Light Photo Electric Smoke Detector 暗室煙霧粒子對一定 波長光產生散射作用， 使處于一定夾角位置

9、的受光元件（光敏元 件）的阻抗變化，產 生光電流 此光電流大小與散射 光強弱有關，并且由 煙粒子的濃度和粒徑 大小及著色與否來決 定 感溫式探測器 Temperature Sensing Detector 存在大量粉塵、油霧、水蒸氣場所，無法 使用感煙式探測器，用感溫式探測器比較 合適 為了提高功能和可靠性，或保證自動滅火 系統(tǒng)動作準確性，要求同時使用感煙式和 感溫式火災探測器 根據其作用原理分定溫式 、差溫式 、差定 溫式 定溫式火災探測器 規(guī)定時間內溫度上升超過某個定值時啟動報警 它結構簡單、可靠性高、誤動作少， 動作溫度一般分為60、70及90三種 由于冬季或夏季環(huán)境溫度變化對探火的反應

10、時 間有影響 這類探測器靈敏度較差，一般適用于廚房、鍋 爐間、烘衣間等 目前，常用的定溫式火災探測器有雙金屬、易 熔合金和熱敏電阻幾種型式 差溫式火災探測器 在規(guī)定時間內，溫度上升速率超過某個規(guī)定值時 啟動報警 點型結構差溫式火災探測器是根據局部的熱效應 而動作 主要感溫元件有空氣膜盒、熱敏半導體電阻等 差定溫式探測器 是將定溫式和差溫式兩種探測器組合在一起 若其中某一功能失效，則另一種功能仍然起 作用，大大提高可靠性 一般多是膜盒式或熱敏半導體電阻式等點型 結構的組合式火災探測器。 按其工作原理還可分為機械式和電子式兩種 機械式差定溫探測器 動作原理： 彈簧片用低熔點合金焊接在外罩內 壁，當

11、達標定溫度，低熔點合金熔化，彈簧片彈 回，壓迫固定在波紋片上的彈性觸片，使之與調 節(jié)螺釘接觸而接通電源發(fā)出電信號（火災信號） 電子式差定溫探測器 R1、R2，和R3特性均隨溫度升高阻值下降 差溫探測 R1、R2阻值相同，特性相似 R2在銅外殼，對外溫變化敏感； R1在特制金屬罩內，對外溫變化不敏感 電子式差定溫探測器 差溫探測 溫度緩慢變化R1和R2阻值相近，BG1維持截止 火災溫度急升，R2直接受熱阻值速降； R1反應較慢阻值下降小， 從而導致A點電位降低； 當低到一定程度時，BG1、BC3導通， 報警輸出 定溫探測 由BG3和R5組成, 當溫度升高至標定值時（如70或90），R5 阻值降低

12、至動作值，使BC2導通，隨即BC3也導通，報警發(fā)出 手動報警按鈕 功能：與火災探測器基本相同，用于人工 手動報警，輸出電信號給報警指示設備發(fā) 出信號 安裝： 有人出入的場所 SOLAS規(guī)定每一通道口裝一只 安裝點應便于操作，按鈕與走廊任何 部位距離不大于20M 距甲板高度約1.4M 火災探測器接線 總的方案：一般采用并聯 若干探測器信號線按一定關系并聯，以一個 部位或區(qū)域信號送入報警裝置（或控制 器），即若干個火災探測器聯接起來后僅 構成一個探測回路，并配合各個火災探測 器的地址編碼實現保護區(qū)域內多個探測部 位火災信息的監(jiān)測與傳送 火災探測器接線 在每一探測回路均有一終端電阻，在正常狀 態(tài)提供

13、一個監(jiān)視電流（一般為 級），火 警時，探測器動作后產生一個報警電流 （一般為mA級） 一定關系并聯的兩種方式 若干個探測器信號線以某種邏輯關系組合，作 為一個地址或部位的信號線送入火災報警裝置 如機艙內某一區(qū)域的火災探測 若干個火災探測器的信號線簡單地直接并聯在 一起，然后送入火災報警裝置 如采用地址編碼火災探測器，通過二總線來 實現探測器與控制器的通信，以實現不同的監(jiān)控 功能 火災探測器接線 目前在火災報警系統(tǒng)中，對于火災探測器 通常采用三種接線方式：二線制、三線制、 四線制， 火災探測器接線 二線制 特點 電源線與信號線重合 正常：通電，6、7閉合，電源送入下一個， 終端接一電阻，形成監(jiān)視

14、電流（微安級） 火災：相應探頭動作，使兩端電阻急降， 產生較大動作電流（毫安級） 故障：6、7不能閉合，電源開路，系統(tǒng)處 理顯示開路或故障 火災探測器接線 四線制特點 其工作原理與二線制接線方式類似， 此種電路中電源線與信號線相互分開 實現的功能 不管采用何種方式，均要求可以實現檢測 探測器脫落、探測器故障失效、線路開路 故障、終端電阻脫落或故障失效、火災報 警等功能。 第二節(jié) 火災探測器的故障分析 探測器故障 情況 控制器（中央單元）本身很少故障 出故障最多的是火災探測器以及外圍接線 探測器故障主要有漏報或誤報 漏報 - 火災已發(fā)展到應當報警的規(guī)模但卻 沒有報警 誤報 - 沒有火災卻發(fā)出了報

15、警信號 漏報的原因 主要原因：探測器選型不當 初期陰燃階段（大量煙和少量熱、很少或沒 有火焰的場合，應選用感煙探測器 火災迅速、能產生大量熱的場合，應選用感 溫探測器 火發(fā)展迅速、有強烈火焰輻射但發(fā)煙較少的 場合，應選用火焰探測器 探測器誤報 的 原因 結構的原因 與探測器的靈敏度有關 過低-延遲，太高-誤報 現大都將靈敏度設為若干級 定溫探測器 一級為62，二級為70，三級為 78 感煙探測器 一級10報警，二級20報警， （減光率） 三級達到30報警 探測器誤報 的 原因 使用的原因 1、吸煙 2、電氣焊 3、灰塵 4、水蒸汽 5、小昆蟲和蜘蛛網 6、炊事 7、缺乏清潔 探測器 維保 1）

16、探測器擰到底座即顯示該區(qū)報警 底座兩接線反接了（無極性要求的探測器除 外） 萬用表檢查極性后換接 2）當報警器顯示某區(qū)報警，但該區(qū)無火情 探測器本身故障 如場效應管輸入阻抗降低；镅241片劑量較低， 可控硅擊穿等 應將該探測器更換 3）定期進行熏煙檢查 若對煙霧無反應：始終不報警-可能場效應管損 壞， 也可能是可控硅或穩(wěn)壓二極管損壞 第三節(jié) 干貨艙自動探火及報警系統(tǒng) 貨艙與住艙一樣，很早就應用了自動探火及報警系 統(tǒng)但貨艙系統(tǒng)與住艙有較大區(qū)別和獨特使用情況 貨艙自動探火及報警系統(tǒng)形式較少 貨艙較大多采用抽煙式自動探火及報警系統(tǒng)-因 裝貨后航行途中，貨艙一般無人到達，貨艙構成 獨立密閉艙室 也有采

17、用感溫型探測器的（但與主艙無大的區(qū)別） 系統(tǒng)的組成 如圖1613所示 系統(tǒng)主要有以下幾部分 組成 抽風機及抽風管 煙探測器 火災顯示和警報設備 火災艙位顯示裝置 工作原理 抽煙式探測器的感煙元件一般都采用光電管 當煙顆粒進入，光碰擊顆粒，光被擴散并反射于光 敏柵上，導致光敏電路作出反應 工作原理簡圖如圖1614所示 使用 裝貨完畢并蓋艙后投入運轉 短航程系統(tǒng)在航行中不關閉 長航程系統(tǒng)往往是間斷工作 對于有的貨種如礦砂、谷物等，該系統(tǒng)可一直停止 使用 間斷工作的目的-減少光電管工作時間，延長壽 命 使用中及時清潔透鏡、光電元件表面 KIDDE型干貨艙煙霧探測系統(tǒng) 該系統(tǒng)控制柜共分為四層 第一層

18、主要有艙位選通電機、艙位指示器、 各種操作開關、指示燈、火警繼電器、電 源變壓器等 第二層 是觀察窗，內有照明燈，安裝有檢 測各艙是否堵塞的小旋轉風葉； 該系統(tǒng)控制柜共分為四層 第三層 安裝有控制電路、光電檢測裝置、模 擬試驗煙霧吹入口以及風壓檢測開關等 第四層 裝有各選通電磁閥以及各艙氣體吸入 管 系統(tǒng)起動前 先將開關S1、S3、S4 閉合， 排氣風機轉換開關 S6 選中任一風機， 火警警鈴開關置于“ON”位置（12、34 閉合） 系統(tǒng)內部故障蜂鳴器切斷開關 S5 置于“ON”位置 （12 閉合） 系統(tǒng)使用中 要定期清潔光電測量單元 系統(tǒng)自檢功能 主電源失電時 繼電器K失電，使其觸點13、4

19、6 閉合， 使電源故障指示燈L3亮， 故障蜂鳴器BZ發(fā)出聲音信號 系統(tǒng)自檢功能 下列故障，使內部故障指示燈L4亮，內部故障 蜂鳴器BZ發(fā)出聲音信號 控制柜下部燈熄滅時，繼電器G失電復位，使 自身觸點13、46 閉合 風壓未建立或壓力開關故障，DS的13 觸點 閉合 光電單元的光源故障，使繼電器E失電復位， 其自身觸點13、46 閉合 當外部警鈴斷路或故障時，繼電器D失電，使 自身觸點 13、46 閉合 系統(tǒng)工作過程 正常狀態(tài)，無煙霧通過，光電池輸出電壓 很小 火警時，有煙霧通過，由于煙霧折射作用， 使光電池輸出電壓增大，使N線圈磁路產生 足夠大吸力，吸動指針使觸點 1、 2 閉合， 使繼電器

20、C 與 CA 獲電動作 系統(tǒng)工作過程 繼電器 C 動作后 觸點 12 閉合 警鈴 Bell 動作，另使電磁線圈H動作，使 艙位電機TM 失電，艙位選通指示停在火警發(fā)生貨艙 觸點 45 閉合 外部警鈴接通 觸點 78 閉合 火警指示燈L2亮 繼電器 CA 是火警輔助繼電器，火警發(fā)生時斷開故障報警信 號電路，保證火警的優(yōu)先級 火警消除后 按復位按鈕使線圈J有電，產生電磁吸力使火警繼電器的指 針復位 第四節(jié) 易燃氣體探測系統(tǒng)易燃氣體探測系統(tǒng) 最為廣泛的主要有 半導體型 氣體傳感器 電化學型 氣體傳感器 紅外 氣體傳感器 催化燃燒式 氣體傳感器 光電離型 氣體傳感器 半導體 氣體傳感器 工作原理 金屬

21、氧化物或金屬半導體氧化物材料做成 元件 待測氣體與半導體表面接觸，發(fā)生氧化和 還原反應導致以載流子運動為特征的電 導率或伏安特性變化來檢測氣體 半導體 氣體傳感器 產品特性 傳感器成品在不同溫度范圍內顯示出不同的氣體反 應特性 因此傳感器采用加熱元件來調節(jié)溫度 該加熱器由專用電路進行調節(jié)和控制 半導體 氣體傳感器 分類 半導體氣敏元件有N型和P型之分 N型在檢測時阻值隨氣體濃度的增大而減小 P型阻值隨氣體濃度的增大而增大 SnO2，屬于N型半導體， 在200300時吸附空氣中的氧，形成氧的負 離子吸附，使電子密度減少，阻值增加 N 型半導體傳感器與氣體反應時的 阻值變化 電化學氣體傳感器 電化

22、學氣體傳感器 電化學氣體傳感器通過與目標氣體發(fā)生反 應并產生與氣體濃度成正比的電信號來工 作 典型電化傳感器 由傳感電極（或工作電 極）和反電極組成，兩者間由一薄電解層 隔開 電化學氣體傳感器 氣體先通過毛管開孔 與傳感器發(fā)生反應， 然后是憎水膜，最終 到達電極表面 電化學氣體傳感器 穿過屏障的氣體與傳感電極反應(采用氧化 機理或還原機理) 這些反應由針對目標氣體而設計的電極材 料進行催化 電化學氣體傳感器 通過電極間連接的電阻器，與電氣濃度成 正比的電流會在正極與負極間流動，測量 該電流即可確定氣體濃度 參考電極的作用 是為了保持傳感電極上 的固定電壓值，以改善傳感器性能 催化燃燒式氣體傳感

23、器 主要用于檢測可燃氣體，對不燃燒 氣體不敏感，但其具有廣譜特性 催化燃燒式傳感器采用惠斯登電橋 原理，見圖1618。 惠斯登電橋是通過與已知電阻相比 來量未知電阻的電路。三個電阻， 通常選擇相對較大的電阻值，以 確保電路正常運行 均衡時輸出信號為0 氣體在傳感器表面發(fā)生無焰燃燒， 溫度上升，反過來又改變電阻， 打破平衡，輸出電流，經放大處 理最終顯示可靠數值 紅外氣體傳感器 利用紅外線為介質的測量系統(tǒng)， 紅外輻射與物質相互作用可呈現物理效應并可以 將電磁輻射能量或溫度變化轉化為電信號 利用氣體分子的吸收特性(氣體分子對紅外區(qū)的 吸收與選擇均是唯一的)可以確定氣體分子 當儀器掃描到給定氣體時，

24、會將掃描產生的曲線 與儲存的曲線進行比較以鑒定氣體分子。 光電離型氣體傳感器（PID） 由紫外燈光源和離子室等主要部分構成 在離子室內有正負電極，形成電場 待測氣體分子受到紫外光輻射而電離，生 成正負離子，在電極間形成電流，經放 大輸出信號 易燃氣體探測報警系統(tǒng) 總體結構 應用CAN（Contreoller Area Network） 總線技術，系統(tǒng)由監(jiān)控中心通用控制 器及現場探測器組成，網絡拓撲結構 為總線方式 監(jiān)控中心與控制器之間的信息交互通 過CAN總線進行，控制器與探測器之 間通過RS485總線進行數字量傳輸 通信 系統(tǒng)網絡結構圖 CAN（Contreoller Area Networ

25、k） 總線 一種串行數據通信協(xié)議，是一種有效支持 分布式控制或實時控制的數據通信網絡 CAN 工作于多種方式：網絡上任意節(jié)點均 可主動向其他節(jié)點發(fā)送信息 CAN（Contreoller Area Network） 總線 CAN 節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關 閉輸出功能 CAN 總線可適用于節(jié)點數目很多，傳輸距 離在 10 km 以內，安全性、實時性要求高， 系統(tǒng)分布分散，現場環(huán)境干擾大的場合 探測器硬件結構框圖 探測器硬件結構 構成：主要由電源模塊、模擬量采集、微 處理器、聲光報警、輸出控制接口、濃度 顯示、數據存儲、編碼模塊、總線接口模 塊等 核心元件：氣體傳感器 氣體探測器 氣體探測器

26、分區(qū)分布于每一個監(jiān)控點，監(jiān)測該 點的可燃氣體濃度變化 為了保證數據質量，提高抗干擾性能，傳感器 輸出信號 首先在探測器內部進行濾波、非線性補 償、溫度補償、濕度補償、故障診斷等處理， 然后再傳輸到區(qū)域控制器分區(qū)分布于每 一個監(jiān)控點，監(jiān)測該點的可燃氣體濃度變化 第五節(jié) CS4000火災探測系統(tǒng)簡介 CS4000 簡介 全適應模擬地址編碼式火災探測系統(tǒng) 能輕易識別發(fā)出報警單元，故在火災早期 判斷火災位置 探測功能可靠，有誤報保護 按照各主要船級社、EN-45規(guī)范、最新 MED歐洲標準要求設計和研制 系統(tǒng)用戶界面友好 每回路單元均有內置智能，可自啟動火災 報警 CS4000 簡介 該產品的主要優(yōu)勢和

27、特點 配備內置智能裝置的回路單元能夠自動啟 動火災報警 全適應模擬編碼式系統(tǒng) 它具有預警功能，能夠在煙氣濃度緩慢上 升時，第一時間發(fā)出報警 每個回路可連接多達254個單元，回路長度 可達2000 m 圖16-21 CS4000控制面板 圖16-22 MN4000復示器面板 操作等級 CS4000設有操作密碼等級保護 執(zhí)行任何重要操作，必須登錄系統(tǒng)或者解 除鎖定狀態(tài) 沒有授權密碼或鑰匙，只能查看火警和故 障報警，以及本地蜂鳴器消音 系統(tǒng)總共有5個不同操作等級 操作等級 等級1：沒有密碼，柜門關上或門鎖鎖上，普通人 員可操作 這級別操作只能查看火警或故障報警，也可對 本地蜂鳴器消音 火警比故障報警擁有更高的優(yōu)先級 操作等級 等級2：打開柜門或者門鎖，可進行此級別的操作。 如果有火警或需要維護，經過培訓或