工业厂区火灾自动报警系统综合联网技术应用分析

罗慧丰

摘 要：作为火灾危险性极高的化工、冶金等大型工业厂区，火灾自动报警系统是必要的消防安全设施。工业厂区建设规模逐渐巨大化，使得厂区火灾自动报警系统中火灾报警控制器设置数量众多。而火灾报警控制器是火灾自动报警系统综合联网网络上的重要节点，网络节点数量越多，组网越复杂，系统通讯网络中各类信号的传输效率及安全性越无法得到保障。探索优化火灾自动报警系统联网形式、分级管理办法、通讯接口类型等方面的应用，已成为现代工业厂区火灾自动报警系统综合联网技术应用的新课题。

关键词：工业厂区；火灾自动报警系统；火灾报警控制器联网；技术应用

中分类号：TN215 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0180-03

近年来，国家新建的工业厂区建设规模逐渐巨大化，大型工业厂区建设规模厂区占地面积达数十万平方米，更有甚者超出百万平米。工业厂区上下游工艺生产链的集中化建设、配套生产厂房或生产装置群建设、高效集中规模化产能输出、生产-仓储-物流一体化建设概念，都使得化工、冶金等现代化大型工业厂区实际使用的占地面积巨大。本文将结合典型的国内特大煤化工厂区实例，分析论述大型工业厂区火灾自动报警系统综合联网技术应用，并提出优化建议。

1 大型工业厂区火灾自动报警系统设置概述

火灾自动报警系统是探测火灾早期特征、发出火灾报警信号，为人员疏散、防止火灾蔓延和启动自动灭火设备提供控制和指示的消防系统。根据现行国家消防标准规范，工业厂区因其占地面积大、生产厂房或生产装置群分散、需设置自动灭火设备等特点，一般需要设置多台火灾报警控制器组成火灾自动报警系统的集中报警系统，当厂区内有两个及以上消防控制室时，应按照控制中心报警系统进行规划。

火灾自动报警系统的集中报警系统和控制中心报警系统，都需要由多台火灾报警控制器通过总线通讯联网组成。目前，国内外不同品牌的火灾报警控制器在联网形式、分级管理办法、通讯接口类型、与消防控制室图形显示装置信号传输等方面，都有不同的做法。不同品牌火灾报警控制器的做法优劣，直接影响火灾自动报警系统本身探测火灾早期特征、发出火灾报警信号、联动启动自动灭火设备等工作完成效率。这就对工业厂区火灾自动报警系统中，多台火灾报警控制器综合联网技术应用提出更高要求。

2 典型的国内特大煤化工厂区火灾自动报警系统综合联网实例

2.1 煤化工厂区概况

该煤化工厂区用地呈四边形，东西长约1400米，南北宽约1600米，占地面积超过220万平方米。厂区根据工艺流程及总图布置的原则和要求，将全厂按功能划分为以下五大区域：工艺生产装置区、辅助生产设施区、公用工程区、储运区、行政办公及生活服务区。其中工艺生产装置区由10个主生产装置群构成，厂区内另设有生产指挥控制中心、自备电厂（含输煤栈桥）、净/污水厂、综合储罐区、大型聚烯烃自动化包装库房等。行政办公及生活服务区，含一栋地上9层、地下1层的一类高层办公楼，三栋5层的员工倒班宿舍和一栋3层的员工活动中心等人员密集場所。

2.2 煤化工厂区火灾自动报警系统类型及火灾报警控制器设置数量

该煤化工厂区火灾自动报警系统由28台火灾报警控制器组成控制中心类型的报警系统。全厂28台火灾报警控制器分散设置在工艺生产装置区（7台）、生产指挥控制中心（1台）、自备电厂（6台）、一处净水厂（1台）、一处污水处理厂（1台）、两处循环水站（2台）、化验站（1台）、综合储罐区（1台）、大型聚烯烃自动化包装库房（2台）、行政办公及生活服务区（6台）。火灾报警控制器采用RS-485通讯方式，按照环形布线形式连接通讯，形成环形总线通讯网络。

造成厂区火灾报警控制器数量众多的原因主要有：

（1）部分工艺生产主装置区火灾探测器、手动火灾报警按钮和模块等设备总数和地址总数，均超过3200点。甚至部分生产区设备总数和地址总数已经上万，如自备电厂火灾报警控制器地址编码总数达到12600余点。使得单台火灾报警控制器设计容量无法满足实际需求，需增设控制器数量实现容量扩大。

（2）厂区占地面积过大，造成单台火灾报警控制器与最末端设备总线通讯距离达到产品理论上限。火灾自动报警系统的信号总线一般采用RS485通讯方式，按照布线形式可以分为环形和树形两种。环形信号总线的通讯距离一般可以达到2000m，不过需要将环形总线首尾都需要和火灾报警控制器连接。而该煤化工厂区装置群众多、火灾探测点和联动控制点分散交错，信号总线从厂区任何单台火灾报警控制器引出，都无法在2000m内完成环形链。

（3）业主方内部管理制度的制约。该煤化工厂工艺生产装置区、辅助生产设施区、公用工程区、储运区、行政办公及生活服务区都有各自的属地管理责任单位。为了能清晰划分将来工厂运营生产期间各个属地管理责任单位的消防责任，工厂业主方要求根据不同的责任主体划分厂区邻近装置群或建（构）筑物的火灾报警区域。

2.3 煤化工厂区试生产期间火灾报警控制器组网及分级管理要求

根据该煤化工厂区众多火灾报警控制器的特点，结合现行国家规范，该厂提出了“集中报警、分区域控制消防设备”的火灾报警控制器管理要求。将生产指挥控制中心、行政办公及生活服务区内消防气防站和生产调度值班室的3台火灾报警控制器作为全厂集中报警控制器及各自责任区域控制器，其他25台分散在厂区的火灾报警控制器作为各自责任区域报警及控制的控制器。同时为保障应急状态下，火警及联动控制信号能准确无误的传输，在28台火灾报警控制器环形连接的基础上，又采取了各火灾报警控制器间联网线路“一天一地”（即共两条联网线路，平常以地下敷设的传输线路为主，同时在地上敷设一条备用线路）冗余方式敷设。火灾报警控制器组网及分级管理要求示意图如图1所示。

火灾报警控制器分级管理说明：

（1）生产指挥中心、生产调度值班室、消防气防站设置的火灾报警控制器为一级报警网络：可显示并接收全厂区28台火灾报警控制器报送的火灾报警信息和监控设备的运行状态及故障信息。一级报警网络中的火灾报警控制器可远程控制消防水泵（注：全厂区采用稳高压消防水系统，在净水厂区设立唯一消防水泵房）。

（2）各自责任区域报警及控制的控制器为二级报警网络：能够实现管辖范围内实时火灾的报警功能，监视管辖范围内的火情，自动喷水系统、泡沫灭火系统、气体灭火系统、干粉灭火系统、防排烟、防火卷帘等自动消防设备由区域报警控制器实现手动/自动启停。

2.4 煤化工厂区试生产期间消防控制室图形显示装置使用情况

消防控制室图形显示装置用于火灾报警及消防联动设备的管理与控制，以及设备的图形化显示，与火灾报警控制器组成功能完备的图形化消防中心监控系统。消防控制室图形显示装置通过RS-232/RS-485方式进行通讯联网，接收、发送、显示火灾探测器、手动火灾报警按钮和模块等设备的异常信息及火灾报警控制器信息，从而实现火灾报警系统的远程监控。

因该煤化工厂区火灾自动报警系统十分庞大，全厂共28台火灾报警控制器同时在线工作，且根据火灾报警控制器组网特点和分级管理要求，该厂区共设置了3套消防控制室图形显示装置。分别设置于生产指挥中心、聚丙烯装置和聚乙烯装置的联合控制室、自备电厂集中控制室，该三处地点辐射的范围较均衡的把矩形厂区划分为三大片。3套消防控制室图形显示装置通过火灾报警控制器环形网络通讯，每套装置均能监控全厂区信息。

3 工业厂区火灾自动报警系统综合联网技术应用优化建议

3.1 工业厂区生产装置群合理化布局

工业厂区生产装置群合理化布局，将极大的缩小厂区占地面积，减少火灾自动报警系统的点位数量，使得火灾自动报警系统综合联网更精简高效。

目前，国家未正式发布煤化工工程设计防火规范，该煤化工厂区项目前期设计依据《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008进行规划总体规划与工厂总平面布置。工厂总平面布置，应根据工厂的生产流程及各组成部分的功能要求、生产特点、火灾危险性，结合地形、风向、交通等条件，按功能分区布置。根据总平面布置的总体原则，占地面积最小化能缩短火灾自动报警系统总线通讯距离，减少火灾报警控制器数量。

煤化工厂区，火灾自动报警系统设置探测、报警点位的场所，主要集中在封闭厂房、各类控制室、变电站、机柜间、输配煤栈桥和转运站、卸储配煤筒仓、危险性大规模大的储罐区、特殊专利商设备、大型仓库、行政办公及生活服务区内的人员密集场所等。而很多室外塔器、室外钢结构框架和管廊、室外设备群、火炬、水塔、污废水池等，火灾自动报警系统设置的探测、报警点位很少或没有设置要求。在不影响工艺生产的前提下，调整有设置探测、报警点位的场所尽量集中相邻，其他无探测、报警点位的区域在外侧排布。针对设置探测、报警点位较多的原料煤和燃料煤的输配段、储运设施的可燃液体储罐和液化烃和液氨地上压力储罐、行政办公及生活服务区内的人员密集场所，在满足规范中防火间距的要求前提下，尽量避免长条形排布，以达到占地面积相对集中的目的。

3.2 火灾自动报警系统探测、报警点位的设置优化

通过优化火灾自动报警系统探测、报警点位的设置，能有效减少区域性火灾报警控制器的总线点位数量，进一步优化火灾自动报警系统综合联网网络上的控制器节点数量。

煤化工厂区部分区域可根据火灾危险性，采用可燃和有毒气体检测报警系统、电视监视系统（CCTV）等已有设施替代火灾自动报警系统的烟、温探测点。《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008中，第8.12.1条的条文说明提出：“在石油化工企业的火灾危险场所设置火灾报警系统可及时发现和通报初期火灾，防止火灾蔓延和重大火灾事故的发生。火灾自动报警系统和火灾电话报警，以及可燃和有毒气体检测报警系统、电视监视系统（CCTV）等均属于石油化工企业安全防范和消防监测的手段和设施，在系统设置、功能配置、联动控制等方面应有机结合，综合考虑，以增强安全防范和消防监测的效果。”该规范条文明确了除火灾自动报警系统和火灾电话报警，可燃和有毒气体检测报警系统、电视监视系统（CCTV）等均可用作于消防监测的手段和设施。同时，火灾自动报警系统应设置的警报装置，可由生产区的扩音对讲系统兼作为警报装置。当重要的火灾危险场所应设置消防应急广播时，扩音对讲系统增设能切换至消防应急广播状态的功能即可。

3.3 火灾自动报警系统布线形式及通讯方式的优化

目前，常规的火灾自动报警系统的信号总线一般采用RS485通讯方式，按照布线形式可以分为环形和树形两种。树形的信号总线通讯距离一般可以达到1500m，如果在线路中间增加中继模块可以将信号通讯距离延长至3000m。环形的信号总线通讯距离一般可以达到2000m，不过需要注意环形总线首尾都需要和火灾报警控制器连接，即起点也是终点，所以其实际的通讯距离是树形总线的一半左右。因煤化工厂区属于高危厂区，环形的系统通讯，一方面是考虑到了火警信息的安全通讯，物理线路上总线的点位做到了双线路与火灾报警控制器连接。但是如果总线通讯接口的更新，也能做到物理单线路的最大化安全性，对加长单台火灾报警控制器的总线通讯距离的意义就非常大了。这里推荐选用CAN接口通讯提高数据通讯实时性、可靠性。CAN（Controller Area Network）属于现场總线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之RS-485而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下两个方面对火灾自动报警系统综合联网具有明显的优越性：

（1）CAN控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权采用无损结构的逐位仲裁方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通讯数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通讯实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通讯方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差。

（2）CAN总线通过CAN控制器接口芯片两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。

火灾报警控制器如果能够采用CAN接口进行总线通讯，并选用树形布线形式，辅以信号增强的中继模块，将最大化保证通讯数据的实时性、可靠性，同时加长火灾报警控制器总线线路的通讯距离，以精减火灾自动报警系统综合联网网络中的火灾报警控制器数量。也可免去各火灾报警控制器间联网线路“一天一地”的冗余布线形式，节省工厂投资。

3.4 火灾自动报警系统分级管理及消防控制室图形显示装置设置优化

根据现行国家规范要求，煤化工厂区生产区、公用工程及辅助生产设施、全厂性重要设施和区域性重要设施等火灾危险性场所应设置区域性火灾自动报警系统。设置两套及两套以上的区域性火灾自动报警系统宜通过网络集成为全厂性火灾自动报警系统。全厂性消防控制中心可设置在中央控制室（生产指挥中心），同时在生产调度中心、企业专职消防特勤站通讯接警室设立辅助消防监控中心，作为全厂消防监管一级网络。同时，仅要求全厂性消防控制中心的火灾报警控制器能联动控制或者远程启动全厂消防供水设施（化工厂区一般采用稳高压消防水系统，消防水池与生产生活用水池并设一处，消防供水设施也只有一处），以做到应急工况下第一时间提供足量足压的消防水。生产调度中心、企业专职消防特勤站设置在行政办公区，距离生产区的消防泵房距离较远，如果要求专用线路直接连接至消防泵控制箱（柜），无疑将加大工厂建设期的线路施工费用，并增加运营期的线路维护成本。

消防控制室图形显示装置可只设置在全厂性消防控制中心（中央控制室）、辅助消防监控中心（生产调度中心、企业专职消防特勤站通讯接警室），用于显示全厂区所有火灾报警控制器传输的火警、监管或联动反馈等信号。该三处监控中心，可培训专职或兼职消防监控/操作人员，24h值守。火灾报警控制器与消防控制室图形显示装置之间也可选用CAN接口通讯提高数据通讯实时性、可靠性。

4 结语

火灾自动报警系统作为大型工业厂区必要的消防安全设施，其综合联网技术应用应更注重网络上各类信号传输的实时性、可靠性。通过优化火灾自动报警系统联网形式、分级管理办法、通讯接口类型等方面的应用，可有效简化火灾自动报警系统综合联网的复杂性，使系统通讯网络中各类信号的传输效率及安全性得到保障。

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