东莞地铁2号线火灾报警系统设计

刘国菲 张 伟

（中国南车集团南京浦镇车辆有限公司动车设计部，210031，南京∥第一作者，工程师）

东莞地铁2号线火灾报警系统设计

刘国菲 张 伟

（中国南车集团南京浦镇车辆有限公司动车设计部，210031，南京∥第一作者，工程师）

从车辆火灾报警的系统构成、设备性能、技术特点等方面对东莞地铁2号线火灾报警系统进行了描述。该系统具有双机热备冗余、单点故障不扩散和维护简单等特点，并通过了相关试验。

火灾报警系统；烟温复合探测器；感温电缆

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

近年来，世界各国地铁火灾偶有发生，由于地铁所具有相对封闭的环境特点，使得地下铁道中发生的火灾比地面建筑物中发生的火灾更具危险性。火灾的影响因素较多，相互之间作用与制约关系复杂。如同样是电气设备故障导致的地铁火灾，有的可能由于发现与扑救及时不会造成任何伤亡，但有的却可能迅速蔓延造成很大的伤亡与损失，因此在新型地铁列车上都装有火灾报警系统，以迅速地对火灾进行报警，最大程度地减少人员伤亡与财产损失。东莞地铁2号线全程37.7 km，共设15座车站，其中有14座是地下车站，采用B型车6节编组的列车。车辆运行的整体环境较封闭，因此对于列车的防火提出了要求，在每列车上设置一套智能的火灾报警系统。整个系统配置了一定数量的智能烟温复合探测器以及感温电缆，能够及时地检测到异常的烟温变化，产生报警信号向司机室报警，并能够通过无线通信装置将报警信号实时发送到运营控制中心（OCC），以便能够及时指挥乘客疏散、调度工作人员抢险救灾，减少意外造成的损失。

1 火灾报警系统构成

东莞地铁2号线设计的火灾报警系统主要包括：在客室内和电气柜内设置烟温复合探测器；在车下底架牵引、辅助系统和蓄电池等关键设备箱内设置检测火警信息的感温电缆，并将检测到的火警信息传送到司机室显示并报警；在司机室设有火灾报警控制器，火灾报警控制器提供系统与外部的接口。火灾报警系统结构框图如图1所示。

图1 火灾报警系统框图

为了适应城市轨道交通系统应用环境和满足火灾报警系统通信可靠性的需求，火灾报警系统采用2条总线设计。

（1）CAN_BUS列车总线：通信总线采用CAN _BUS方式连接。两台火灾报警控制器通过CAN_ BUS来共同监测和管理所有的烟温复合探测器和感温电缆，同时也起到彼此之间的信息交换作用，使得两台火灾报警控制器得到的报警信息相同。

（2）烟温探测总线：烟温探测总线由DC 24 V电源线和RS 485通信线组成，其中DC 24 V由火灾报警控制器通过DC 110 V变换而成。控制器与烟温复合探测器通过烟温探测总线以串接环形方式连接，这种串接环形网的特点是可以提高网络通信的可靠性，可实现探测器自动编组（编号），以便于系统管理。火灾报警控制器通过烟温探测总线来获取探测器和感温电缆的信息，并对探测器与感温电缆进行管理。烟温探测总线的信号传输速率可达38 400 bps，当一个探测器有通信异常或者有潜在的火警/故障时，控制器可以多次访问该探测器，进行准确的判断，避免由于误码等原因造成误报警。

火灾报警控制器提供火灾报警系统的对外接口，采用RS 422接口与乘客信息系统（PIS）进行通信，通过PIS系统将火灾报警信息以及故障、状态信息上报到列车综合管理系统（TCMS），TCMS提供与无线通信系统（RADIO）的接口，将火灾报警信息实时发送到OCC（运营控制中心）。数据流程图如图2所示。

图2 数据流程图

火灾报警系统与PIS系统直接通信，主要基于以下两点考虑：

（1）当有火灾发生时，可以直接联动PIS系统的客室摄像机，PIS系统的监控触摸屏自动切换到报警车厢的画面，使司机直接看到客室的状况。

（2）地铁列车上TCMS系统都采用MVB（多功能车辆总线）列车总线，符合IEC 61375的标准，火灾报警系统提供MVB接口需要做接口测试以及大量试验验证，增加了接口设计风险以及设计周期。采用通用的RS 422与PIS进行接口，简化了接口设计，增加了系统可靠性。

2 设备介绍

东莞地铁2号线火灾报警系统所用的设备均是采用技术先进、高可靠性的设计，能够准确地探测到环境参数，在火灾初期发出报警信号，为后期救援争取时间。

2.1 火灾报警控制器

东莞地铁2号线火灾报警系统的火灾报警控制器采用智能控制芯片，具备自诊断功能，可自动诊断自身以及探测器运行状态并显示详细状态信息；可通过维护界面修改系统内各探测设备的功能参数，如根据实际环境及需要进行告警灵敏度调整；可对发生故障的探测器进行屏蔽与解屏蔽；可存储系统的故障、报警信息，并可在控制器上进行查阅。火灾报警功能和故障报警功能反应迅速，当火灾探测器发出火灾报警信号输入时，控制器在10 s内发出火灾报警声、光信号。当控制器内部、控制器与其连接的部件间发生故障时，控制器在100 s内发出与火灾报警信号有明显区别的故障声、光信号，均能够满足GB 4717标准的要求。火灾报警控制器除了可以从探测器读取报警信息之外，还可以读取当前烟雾检测浓度、当前温感温度值和感温电缆的故障信息。

2.2 烟温复合探测器

烟温复合探测器的核心由烟雾传感、环境温度传感、信号处理和双独立RS485通信接口等部分组成。其中烟雾传感部分由迷宫式暗室、红外光接收发射装置、光学透镜和有一定防尘防虫作用的滤网组成，采用光散射原理对外部烟雾进行探测，当外部烟雾粒子浓度在连续时间内（可设定）大于等于烟雾浓度报警阈值（可设定）时向外提供烟雾报警信息。

环境温度的监测采用了数字式温度传感器，温感器的作用除了监测环境温度之外还给烟雾信号处理电路提供了温度补偿的作用。温度报警采用了定温方式，当监测到环境温度在连续时间内（可设定）大于等于温度报警阈值（可设定）时向外提供温度报警信息。

烟温复合探测器上提供线型热敏感温电缆监测接口，将感温电缆直接接到烟温复合探测器上，这样的配置节省了感温电缆的探测模块，使系统更加集成，减少了系统的故障点，降低故障率。

烟温复合探测器上每个RS 485端口既可收发数据也可起到通信中继的作用，此种点到点的通信

模式其特点是线驱动能力强、负载小，因而节点与节点之间在较远的距离情况下仍可采用高速率进行通信，这样既可提高通信信息的流量也可提高通信的可靠性。烟温复合探测器的接口如图3所示。

图3 烟温复合探测器的接口

2.3 感温电缆

感温电缆采用开关模式的线型热敏电缆，此类线型热敏感温电缆是由2根套有热敏聚合物的相互绝缘的钢线导体构成，两根热敏聚合物导线是相互紧密缠绕的，然后套有保护带，在最外层则是保护套管。感温电缆的结构示意图如图4所示。

图4 感温电缆结构示意图

感温电缆能够对沿着其安装长度范围内任意一点的温度变化进行探测，在感温电缆的末端接上终端电阻。其感温原理是在正常监视状态下，两根钢丝处于绝缘状态，输出有电阻的信号，当周边环境温度上升到预定动作温度时，热敏材料破裂，两根钢丝产生短路，此时的感温电缆的总电阻值就会降低，烟温复合探测器则根据线缆的电阻变化情况得出报警依据。感温电缆有不同额定动作温度，一般分为68℃，88℃，105℃，138℃，180℃等级别，实际应用时要根据不同的场合选用合适的动作温度。感温电缆的动作温度以大于被保护部件或设备的最大工作温度为原则，因此，在东莞地铁2号线上，在车下底架的蓄电池箱选用的是88℃的感温电缆；辅助逆变器箱和牵引逆变器箱中的变压器工作温度较高，选用级别较高的180℃的感温电缆。

感温电缆要比普通电缆的成本高，根据图1所示，车下箱体内感温电缆需要连接到车上烟温复合探测器上，在箱体外无需探测的区域可以采用普通电缆过渡。所以电缆敷设时，箱体内敷设感温电缆，通过端子排连接普通电缆到车上的烟温复合探测器上。感温电缆的接线图如图5所示。

图5 感温电缆接线图

3 探测器布置

烟温复合探测器的探测效果要取决于探测器安装的位置合适，要具备良好的空气流动性，这样才能够及时检测到烟雾。本系统设计时重点对车上烟温复合探测器的安装位置做了详细的分析，以保证有异常烟雾时能够探测及时、准确。

地铁列车上客室的回风区域具备良好的空气流通，因此烟温复合探测器安装在空调回风区域的效果最佳。东莞地铁2号线的空调回风示意图如图6所示，空调的回风完全经过内装的侧顶板内，因此将烟温复合探测器安装在侧顶板内（如图6所示）。

图6 空调回风与探测器布置示意图

探测器布置的位置具有如下特点。

（1）准确报警：客室的烟雾能够完全经过探测器，让探测器能够准确检测到客室烟雾状况。

（2）方便维护：当需要检修时，只需打开侧顶板就能够对设备进行更换、检修等维护工作。

（3）减少污染：避免探测器直接暴露在客室，减少灰尘污染。

4 系统设计特点

本系统设计时着重考虑了高可靠性设计以及可维护性设计，以保证列车运营后系统能安全可靠地运行使用，为列车早期火灾检测提供有力的保障。

4.1 双机热备冗余

两台火灾报警控制器采用同时工作的模式，列车上电后，两台火灾报警控制器同时启动工作，互为热备。当一台火灾报警控制器发生故障，通过另一台火灾报警控制器仍可以对整个系统进行监测管理，可以查询各个探测器的状态以及历史记录，可以上报火警信息等，从而实现整个系统的双机热备控制。

4.2 单点故障不扩散

任何一个烟温复合探测器发生故障或者烟温探测总线出现断点，都不影响其它烟温复合探测器工作。两台火灾报警控制器分别检测与其相连的烟温复合探测器，然后通过CAN_BUS列车总线交换信息，在任何一台火灾报警控制器上仍可以查到其他所有烟温复合探测器的状态，系统仍能够正常工作，大大提高了系统的可靠性。

4.3 维护简单

火灾报警控制器带有标准的USB接口，通过维护笔记本电脑可以方便地访问火灾报警控制器，下载火灾报警控制器中的火警信息以及故障信息，为后续事件分析提供依据，操作简单，方便日常维护。

4.4 强有力的试验保证

系统所采用的探测器和控制器均是符合国家标准的产品，通过了GB 4715、GB 4717等标准中要求的各项试验，同时遵守铁路车辆上使用的电子设备的标准，按照EN 50155以及IEC 61373国际标准进行形式试验。

5 结语

地铁列车火灾报警系统的作用十分重要，它关系着乘客和工作人员的生命、财产安全，因此，我们必须不断总结以往的实际使用经验，完善地铁列车火灾报警系统的保障功能，使地铁列车的消防灭火系统设计得更为完备、安全。东莞地铁2号线火灾报警系统的设计技术先进，并且具有高可靠性、可维护性，可为后续项目的设计提供参考。

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［5］ GB 4717—2005火灾报警控制器［S］.

［6］ GB 4716—2005点型感温火灾探测器［S］.

［7］ GB 4715—2005点型感烟火灾探测器［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）