1、第十一章第十一章 船舶火灾自动报警系统船舶火灾自动报警系统 第一节第一节 火灾自动报警系统的基本功能及工作原理火灾自动报警系统的基本功能及工作原理火灾自动报警系统的型号很多，按系统中火灾探测器的分布形式可将火灾自动报警系统主要分为分路式和环路式两种。n一、分路式火灾自动报警系统n分路式火灾自动报警系统主要由火灾报警中央装置和火灾探测器两部分组成。分路式火灾自动报警系统组成 1 1）探测器）探测器 探测器分布在被监测环境现场，它监测环境的有关物理探测器分布在被监测环境现场，它监测环境的有关物理量，将其转换成与该物理量对应电信号，并传递给报警控制量，将其转换成与该物理量对应电信号，并传递给报警控制
2、器。手动报警按钮一般安装在人员经常出入的走廊、通道、器。手动报警按钮一般安装在人员经常出入的走廊、通道、楼梯口等明显的地方。楼梯口等明显的地方。探测器主要有感烟、感温和火焰探测器三种。探测器主要有感烟、感温和火焰探测器三种。2 2）中央控制单元）中央控制单元 中央控制单元一般安装在驾驶台或消防控制站内。目前中央控制单元一般安装在驾驶台或消防控制站内。目前在船上应用的报警控制器主要有继电接触器控制、在船上应用的报警控制器主要有继电接触器控制、PLCPLC控制控制以及微机控制等三种。它的作用是接受火灾探测器从监护现以及微机控制等三种。它的作用是接受火灾探测器从监护现场发送来的火灾信号，经过处理后给
3、出声、光火警报警信号场发送来的火灾信号，经过处理后给出声、光火警报警信号，并显示出火警的部位，以便船员及早采取灭火措施。，并显示出火警的部位，以便船员及早采取灭火措施。1.基本功能火灾报警中央装置的基本功能是：1）当它接收到探测器传来的火警信号后，发出声、光报警信号，并指示出火源部位，启动外部报警控制设备。2）还能对系统进行故障监测，当系统发生故障时发出故障声、光信号，指示出故障类型，其故障声光信号与火警声光信号有明显的区别。3）火警与故障信号有记忆功能，只有在火警和故障已消除，并经人工复位后方能恢复正常。4）还具备手动模拟测试功能，检测设备是否正常。每个探测分路均可切断，切断后有相应的灯光指
4、示。5）主、副电源可以自动转换，保持不间断对系统供电。2.工作原理n此类系统的探测器为开关量型，探测器在非报警状态时工作电流为零或很小（微安级）。当发生火灾、探测器动作时，内部机械或电子开关闭合，流经探测器的电流迅速上升。探测器的连接电缆多为二芯线，所有同一分路上的探测器均并联在一起，为了监视探测分路的正常工作，系统采用如图的方式。n每个探测器内有一根短接线，分路最末一个探测器内接一个终端电阻R，分路正常工作时有个监测电流流经终端电阻，当任意一个探头从底座上脱落或电缆断线时，分路中不再有监测电流。火警中央装置根据探测分路上流经电流的大小可检测出其处于正常、报警或故障状态。I当线路断路、探头拔除
5、、或终端电阻缺失时，分当线路断路、探头拔除、或终端电阻缺失时，分路电流为路电流为0，系统发出该分路故障报警，黄灯亮，系统发出该分路故障报警，黄灯亮当发生火灾时，相应的探头的当发生火灾时，相应的探头的电子开关闭合，发出火警信号电子开关闭合，发出火警信号2.工作原理n主机为模块式结构，可根据系统的不同需要选用相应模块，以组成大小、功能各异的系统。基本模块有中央单元、分路单元、报警控制单元和电源单元。每个分路单元有8个探测分路，选用n块分路单元可组成具有8n个探测分路的系统。每个分路有一个开关控制此分路的接通和关断，有红黄二个指示灯分别指示其处于火警或分路断开的状态。每个分路单元上有两个开关用于此单
6、元上8个分路火警和故障的模拟试验功能。主机与探测器的连线为二芯线，探测器工作电压为DC24。每个探测分路的最末一个探测器内接一个10K的终端电阻。分路单元内还设有短路保护电路，当探测分路发生短路现象时此电路动作，以避免电流过大。短路现象消除后，短路保护电路自动复原。n当系统发生火警或故障时，中央单元上发出相应的声光报警信号。因为火警系统是一个安全系统，所以必须保证其本身系统处于正常的工作状态，为此主机内有各种故障自检功能。中央单元右侧有一排指示灯，分别指示分路开路故障、警铃回路故障、接地故障、电瓶故障、保险丝故障、电网故障、分路关断和主机门开。分路关断和门开指示灯提醒操作者在正常的工作状态时应
7、将所有分路接通，并关上主机门n 2.工作原理n分路式火警系统的主机面板二、环路式火灾自动报警系统操作单元操作单元发生火警时，左上角发生火警时，左上角“火警火警”灯闪亮，右侧的数码管灯闪亮，右侧的数码管显示报警的环路号和探测器号。显示报警的环路号和探测器号。LCD液晶屏显示系统信息。液晶屏显示系统信息。当系统故障时，右下角的当系统故障时，右下角的“故障故障”灯闪亮，其上方的灯闪亮，其上方的发光二极管显示故障类型。发光二极管显示故障类型。二、环路式火灾自动报警系统n该系统采用单片计算机技术，由中央单元，操作单元，探测环路等部分组成。n由于计算机技术的发展，在火灾探测器内装上微型智能模块后，就构成了
8、智能探测器。内有微处理器、A/D转换器及串行口。地址所探测到的烟雾浓度或温度是一个模拟量，所以可根据探测器安装场所的不同来设定不同的报警阀值，以取得最佳的效果。n在环路中装上地址单元后，通过地址单元可连接普通开关量型的火灾探测器，在这条叉路上的火灾探测器具有相同的地址。中央单元上的串行口可以与PC机通信，利用PC机上丰富的软件来完成许多功能。当发生火警时，指示出报警点的位置，向值班人员提示最佳灭火方案，通过打印机记录各种事件的发生。二、环路式火灾自动报警系统n1.中央单元n中央单元为模块式结构，由几种功能不同的模块所组成，可根据系统所需选用相应的模板。中央单元由以下几个部分组成：n（1）报警处
9、理板：此板是中央单元的核心部分，板内有一个内部和两个外部串行通信口。内部串行口用于接收来自探测环路接口板的信息，控制其相应动作。外部串行口用于和操作单元等通信。n（2）探测环路接口板：此板用于与探测环路中的探测器通信，并将探测器的状况传至报警处理板。每块板可连接2个探测环路，一个中央单元中最多可插入95块探测环路接口板。n（3）继电器板：它受报警处理板所控制，驱动外部报警、控制设备。n（4）通信接口板：此板内有2个RS232和2个RS485串行通信口，它受报警处理板所控制，用于与外部计算机、打印机通信。n（5）开关量输入板n此板可接收24路经光电隔离的开关量信号，受报警处理板所控制。二、环路式
10、火灾自动报警系统n（6）开关量输出板：此板可输出24路经光电隔离的开关量信号，受报警处理板所控制。n（7）开关量探测器接口板：此板用于连接以非智能型的开关量探测器所组成的探测分路，每块板可连接4个分路。n（8）电源单元：电源单元包括整流电源和蓄电瓶，二路电源可自动切换。n2探测环路n在该系统中，一个中央单元最多可连接190个探测环路，每个环路中可安装99个模拟量探测器或地址单元。一个环路可覆盖船上几层甲板。n3操作单元n操作单元是操作者与系统进行人机对话的装置。第二节 火灾探测器n一、火灾探测方法一、火灾探测方法n火灾探测方法可分为烟探测法、热（温度）探测法和光探测法。n在滚装船、消防船和油船
11、的货舱或某些舱室可能会聚集较多的易燃气体。在这些船上一般装有易燃气体探测报警系统，对易燃气体的火灾探测方法为气体浓度探测法。n二、火灾探测器二、火灾探测器n对普通可燃物按其探测火灾参数的不同，可以划分为感烟式、感温式和感光式火灾探测器等类型，而船上主要采用感烟式和感温式火灾探测器。对易燃气体的探测较多的是采用气敏半导体探测器。第二节 火灾探测器n1感烟式火灾探测器n船上常用的感烟式火灾探测器主要有感烟管式（或称光电式）和离子式两种。感烟管式主要用于大舱内的火灾探测，离子式主要用于机舱等处的火灾探测。n1）感烟管式火灾探测器n它是利用烟雾浓度不同其透光程度不同的原理来探测的。抽风机2把所监视大舱
12、内的气体通过集烟管1排出，光源3经透镜变成平行光分别照射在测量光电池4和基准光电池5上。当气体中的烟雾浓度增大时，使测量光电池4产生的电信号减小，而基准光电池5产生的电信号不变。把这两个电压信号送至检测电路6，当两个电压差达到设定值时，发出火灾探测信号。第二节 火灾探测器n感烟管式火灾探测器原理图第二节 火灾探测器n2）离子式火灾探测器：它由内外电离室和检测电路组成，内电离室FSY1是封闭气室，充有标准气体，外电离室FSY2开有小孔与所监视的舱室相通，每个电离室中放一块同位素镅241和一个电极。它是利用烟雾颗粒能吸附离子的原理来探测的。第二节 火灾探测器n2感温式火灾探测器n船上常用的感温式火
13、灾探测器有定温式、差温式和差定温式三种。感温式火灾探测器主要用于住室、走廊、控制室和舱室容积较小场所的火灾探测。n1）定温式火灾探测器n定温式（或称恒温式）火灾探测器是根据监视点温度达到某个设定值来探测的。常用的定温式火灾探测器有低熔点金属丝和双金属片，n2）差温式火灾探测器n差温式（或称温升式）火灾探测器是根据监视点温度升高变化率来探测的。n3）差定温式火灾探测器n差定温式火灾探测器是将定温式和差温式组合在一起，兼有两者的功能，扩大了使用范围，提高了可靠性。差定温式火灾探测器一般多是膜盒式或热敏电阻式等点型结构的组合式火灾探测器。差定温式火灾探测器按其工作原理又可分为机械式和电子式两种。第二
14、节 火灾探测器n感温式火灾探测器：有低熔点金属丝和双金属片，当监视点温度达到设定值时，低熔点金属丝被熔断；或利用膨胀系数不同的双金属片，受热弯曲使触头断开。它们可使一个继电器断电，其常闭触头闭合发出火灾探测信号。第二节 火灾探测器n3智能型火灾探测器n这种探测器具有一定的智能处理能力，能对火灾特征信号进行直接分析和处理，从而大大减轻了中央单元的信息处理负担，提高整个火灾报警系统的响应速度。智能型火灾探测器一般具有以下特点：n（1）火灾探测器的输出信号与火灾状况（烟雾浓度变化、温度变化等）成线性变化。探测器能够按预报警、火灾发讯、联动警报三个阶段传送信号。n（2）火灾探测器内配置高集成度的微型智
15、能模块（内含CPU、AD转换器、串行通信接口），并具备通信功能。n（3）火灾探测器具有地址编码功能。n（4）具有很高的环境适应能力与稳定性。n（5）各种工作原理的探测器都有配套的火灾识别软件。n（6）具有自动故障测试功能。无需加烟或加温测试，只要利用报警控制器键盘上的按键，即可完成对探测器的功能测试。第二节 火灾探测器n4气敏半导体火灾探测器n目前在易燃气体探测的实际应用中，采用气敏半导体（或称金属氧化物元件），它是在铂金丝上涂以金属氧化物，在高温中焙烧而成。气敏半导体品种很多，主要有氧化锡、氧化锌、氧化钻、氧化铁和氧化镍等，其中氧化锡使用较广。用这些氧化物制成的气敏半导体，按其性质可分为N
16、型和P 型两大类。N 型气敏半导体元件，在遇到敏感气体时，其电阻值减小；而P 型气敏半导体元件，在遇到敏感气体时，其电阻值增大。n气敏半导体的工作原理一般可采用势垒学说解释，其要点是：由于吸附作用，半导体的外表上吸附了空气中大量的氧分子，而产生了由外向内的静电场，为了屏蔽这一外电场，半导体表面内必然形成势垒。4、气敏半导体火灾探测器、气敏半导体火灾探测器N型气敏半导体：遇到敏感气体，电阻值减小；型气敏半导体：遇到敏感气体，电阻值减小；P型气敏半导体：遇到敏感气体，电阻值增大。型气敏半导体：遇到敏感气体，电阻值增大。N型气敏半导体：型气敏半导体：敏感气体浓度升敏感气体浓度升高，电阻值减小高，电阻
17、值减小第二节 火灾探测器n三、火灾探测器的故障分析三、火灾探测器的故障分析n在火灾自动报警系统的实际运行过程中，中央单元本身很少出现故障，出现故障最多的是火灾探测器以及外围接线。火灾探测器故障主要有漏报或误报两种情况：漏报指的是火灾已发展到应当报警的规模但却没有报警；误报指的是没有发生火灾却发出了报警信号。n1漏报分析：造成探测器误报有结构方面的原因，也有使用方面的原因。n2误报分析n根据实际使用统计，由于使用不当引起火灾误报主要有以下因素：n1）吸烟。2）电气焊。3)水蒸气。n4)小昆虫和蜘蛛网。5)炊事。6)缺乏清洁。n7)当火灾自动报警系统显示某区域报警，但该区域并无火情。则可能是探测器
18、本身的故障。第三节 干货舱自动探火及报警系统货舱比较多的采用了感烟式自动探火及报警系统。n一、系统的基本组成一、系统的基本组成n它由抽风机、管道、烟雾探测器和报警指示设备等部分组成，如货舱发生火情，烟雾通过管道被抽吸到安装在驾驶室的烟雾探测器，则报警指示设备发出声、光火警信号。此时，驾驶台值班人员便可根据控制箱屏上的相应指示，判断失火货舱，采取相应消防措施。此外，被抽吸的烟雾可以通过旁路控制开关，直接排放到驾驶室，以便值班人员可以嗅闻，证实是否属于火灾的烟雾。第三节 干货舱自动探火及报警系统n二、二、KIDDE型干货舱自动探火及报警系统型干货舱自动探火及报警系统nKIDDE型干货舱自动探火及报
19、警系统的电气控制线路图如图所示。该系统控制柜共分为四层：第一层主要有舱位选通电机、舱位指示器、各种操作开关、指示灯、火警继电器、电源变压器等；第二层是观察窗，内有照明灯，安装有检测各舱是否堵塞的小旋转风叶；第三层安装有控制电路、光电检测装置、模拟试验烟雾吹入口以及风压检测开关等；第四层装有各选通电磁阀以及各舱气体吸入管。第三节 干货舱自动探火及报警系统KIDDE型干货舱自动探火及报警系统电气控制线路图KIDDE型干货舱自动探火及报警系统型干货舱自动探火及报警系统控制柜（控制柜（4层）：层）：从上往下：从上往下：1层：舱位选通电机；舱位指示器；各种操作开关；层：舱位选通电机；舱位指示器；各种操作
20、开关；指示灯；火警继电器；电源变压器。指示灯；火警继电器；电源变压器。2层：观察窗；照明灯；检测各舱是否堵塞的小旋转层：观察窗；照明灯；检测各舱是否堵塞的小旋转风叶（正常时旋转）。风叶（正常时旋转）。3层：控制电路；光电检测装置；模拟试验烟雾吹入层：控制电路；光电检测装置；模拟试验烟雾吹入口；风压检测开关。口；风压检测开关。4层：选通电磁阀；各舱气体吸入管。层：选通电磁阀；各舱气体吸入管。1、启动前的准备、启动前的准备启动前，闭合启动前，闭合S1、S3、S4，排气风机选择开关，排气风机选择开关S6选选中任一风机。火警警铃开关中任一风机。火警警铃开关S2置置ON，内部故障蜂，内部故障蜂鸣器开关鸣
21、器开关S5置置ON（否则通电后会出现故障报警）（否则通电后会出现故障报警）。2、工作过程、工作过程3、自检功能、自检功能风压低，风压低，L4报警灯亮报警灯亮当货舱发生火灾当货舱发生火灾时，光电池输出时，光电池输出电压增大电压增大发出声发出声光报警光报警切断故障报切断故障报警，保证火警，保证火警报警优先警报警优先火警消除，按下复位按钮继电器火警消除，按下复位按钮继电器J有电，指针复位。声光报警解除。有电，指针复位。声光报警解除。启动前启动前继电器继电器H有电，使舱位选有电，使舱位选通电极通电极TM断电停止转动，断电停止转动，保持报警的管路和光电保持报警的管路和光电检测装置相通检测装置相通3、自检
22、功能、自检功能风压低，风压低，L4报警灯亮报警灯亮启动前启动前按下试验按钮按下试验按钮S7，电源故障指示灯，电源故障指示灯L3 亮，火警报警灯亮，火警报警灯L2 亮，火警亮，火警警铃警铃Bell响，外部警铃被切断。响，外部警铃被切断。如果运行中如果运行中L1、L6或或L5熄灭，故障指示灯熄灭，故障指示灯L4亮，蜂鸣器亮，蜂鸣器BZ响。响。第三节 干货舱自动探火及报警系统n1启动前的准备：在系统启动前，必须先将开关S1、S3、S4闭合，排气风机转换开关S6选中任一风机，火警警铃开关S2置于“ON”位置（1-2、3-4闭合），系统内部故障蜂鸣器切断开关S5置于“ON”位置（1-2闭合），否则系统通
23、电后会出现故障警报。n2系统工作过程：正常监视状态时，由于无烟雾通过光电池，其输出电压很小；当货舱火警发生时，有烟雾通过光电池，由于烟雾颗粒的散射作用，使光电池输出电压增大，此电压使N线圈磁路产生足够大的电磁吸力，吸动指针使触点l-2闭合，使继电器C与CA获电动作。n3自检功能：由于系统具有较强的自检功能，一旦发生故障报警，管理人员只需根据线路原理查找相应故障点排查即可。第四节 易燃气体探测报警系统n一、易燃气体一、易燃气体n通常油船的货品即原油和普通石油产品，主要成份都是多种烃化合物掺在一起的混合物（由氢元素和碳元素组成）。在油船货品正常营运循环中，即在装载航行卸油压载航运洗舱装油的全过程中
24、，油舱内的油气都是由多种碳氢化合物组成的。当一种石油产品被装入油舱时，其易挥发成分即开始挥发，释放出石油气并扩散到其液面以上的空间，此时挥发出的气体仍有重新溶进这种石油产品的倾向，最后会达到平衡，在液面上的空间形成一定数量的均匀分布的石油气，即各种烃气的混合物。n当空气中烃气的浓度到达一定的范围，烃气和空气的混合物在一定条件下就会产生燃烧或爆炸的危险。第四节 易燃气体探测报警系统n二、系统的工作原理系统的工作原理：主要包括测量单元和控制单元。二、系统的工作原理二、系统的工作原理主要包括测量单元和控制单元。主要包括测量单元和控制单元。测量单元的信号处理电路测量单元的信号处理电路I 恒定恒定电流电
25、流 I 恒定，加热恒定，加热丝的电压丝的电压5V恒定，恒定，加热温度恒定，保加热温度恒定，保证探头的基准半导证探头的基准半导体电阻值体电阻值Timer的作用：预热的作用：预热阶段（阶段（2min）切断）切断输出电路，防止误输出电路，防止误报警报警报警值设置报警值设置预报警预报警值设置值设置当敏感气体浓度增当敏感气体浓度增加时，探头的半导加时，探头的半导体电阻值下降，降体电阻值下降，降到设定值就发出报到设定值就发出报警信号警信号运算电路的作用：运算电路的作用：把气敏半导体的反把气敏半导体的反应由应由“指数变化指数变化”转换成转换成“线性变化线性变化”第四节 易燃气体探测报警系统n测量单元的信号处
26、理电路图如图n 第四节 易燃气体探测报警系统n测量单元的信号处理电路分析如下：n（1）气敏半导体元件需要在加热电阻丝通电加热下保持对空气中氧可逆吸附所需的温度，即加热电阻丝上电压不变，保持温度恒定，则气敏半导体的氧吸附量保持不变，从而在清洁的空气中，半导体的电阻值不变。若周围空气中有敏感气体存在，由于气体分子把阳离子吸附在，导体表面上，半导体的电阻值就随气体浓度增高而变小。n（2）由于气敏半导体的反应并非线性变化而是指数变化，因此测量单元电路中运用运算电路进行校正补偿，从而达到显示度数与气体浓度成线性关系。（3）定时电路。（4）测量单元设定报警动作值和校正。第四节 易燃气体探测报警系统n三、易燃气体探测报警系统的实船应用三、易燃气体探测报警系统的实船应用n在油船的实际应用中，大多数需要探测防护的场所，如货泵舱、管隧等都是危险区域，要求探测装置为防爆安全设计，因此设备除配有用于一般场合和机器场所的探头外，还有专门设计的防爆安全型探头、本质安全型泵抽吸式探测装置。n（1）防爆安全型探头（隔爆型）。n（2）本质安全型泵抽吸式探测装置，n（3）除这种对单个监测点进行连续测量的泵抽吸式装置外，还有一种对多点（数十点）进行循环监测的报警装置。该装置可在设定的时间周期内完成对每一监测点抽吸气体并测量。
