多种网络通信技术在火灾自动报警系统中的应用.pdf

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1、吕卫斌:多种网络通信技术在火灾自动报警系统中的应用2(X)7 年第 1 期多种网络通信技术在火灾自动报警系统中的应用吕卫斌(无锡蓝天电子有限公司研究所，江苏无锡2 1 4 1 8 7)摘要:介绍了多种网络通信技术的应用，小到局部火灾报警控制器，大到城市火灾报警系统，都会涉及采用了R S485 网络技术、C A N总线技术、肠nwo rk s 网络技术、代PllP网络和G S M/CD M A等一种或多种通信技术。关键词:网络;火灾报警控制器;R S48 5;C A N;肠nwo rk s;工业以太网;有线电话网;公共移动通信网1 概述 在近十几年中，全国大中型城市的高层建筑、公共场所、地下建筑

2、、现代化厂区等得到了高速发展，建筑物的规模也逐渐增大，占地半径由原来的几百米扩大到几千米，对现有的火灾报警控制系统也提出了新的要求。纵观火灾报警的历史，我国的火灾报警系统经历了最初的多线制控制系统、总线式集中区域控制器系统、多总线一体化控制系统，并逐步向着分布式控制系统的方向发展。由于计算机技术的飞速发展和先进工艺的逐渐成熟，大量的高性能微处理器、大容量存储器、数字化总线和新的通讯技术的出现，使得分布智能式、大容量、网络化的火灾报警控制器成为可能。基于T C P/IP的网络化火灾报警控制系统，可直接应用于各个大规模的建筑物，用户设立一个监控中心，可以监控范围3k m内的大规模建筑群。例如:无锡

3、的江南大学鑫湖新校区的火灾报警系统。也可用于城市火灾自动报警监控网络系统，通过现有的城域网，实时监控整个城市中的每座建筑物中的火灾报警系统，从而达到监控整座城市的火灾报警情况，并可以向上级管理系统报警和传递信息，为城市消防调度指挥系统、城市防火管理系统提供火灾及楼宇消防系统状况的有效信息，并与城市其他管理中心共享数据和信息。2 在局部火灾报警系统上的应用 局部火灾报警系统用于监控建筑物或建筑群。系统的安装按照G B5 016 6 一 199 2 火灾自动报警系统施工及验收规范 进行施工。火灾报警系统包括火灾探测器、手动火灾报警按钮、数据采集器、火灾报警控制器、消防控制输出模块。所有的火灾探测器

4、、消防控制输出模块通过报警总线连接在数据采集器上，数据采集器通过现场总线连接在火灾报警控制器上，火灾报警控制器和计算机通过工业以太网构成火灾报警网络。2.1 火灾探测器、手动火灾报奋按钮、消防控制输出 模块2.1.1 功能 火灾探测器通过模糊逻辑、神经网络等智能化技术识别火灾，内置高集成的低功耗的微处理器单元，实行两级或多级判断，以提高火灾探测的性能和可靠性。手动火灾报警按钮用于人为报警，其实现较为简单，根据国家有关标准和 E N 一 54 标准(文献 3 )，它的报警优先级最高。消防控制输出模块作为报警过后的输出功能，主要是根据预设的逻辑关系控制相应的消防设备。2.1.2 信号传输 火灾探测

5、器、手动火灾报警按钮、消防控制输出模块都是通过报警总线与上级控制单元连接，报警总线一般是两线制，连接到总线的部件从总线上取得电源和传输信号，因此它采用的是一种根据多种编/解码方式的优点而自定义的通信协议。由于总线上连接的设备比较多(一般在 250个左右)，距离较长(一般在1 5 00 m 左右)，总线的驱动能力很大，加上线路上阻抗，采用电压传输是不可取的。在报警总线的设计上，一般采用电流传送和脉宽相结合的方式，具有很强的驱动能力和抗干扰能力。编码上和通用的R S 2 3 2(标准的串行通讯接口)、以太网也不一样，它采用发送帧和回答帧合并的方式，在一帧数据中，有起始段、命令段、地址段、停止段、中

6、断请求段、回送数据段。目前这种通讯协议在火灾报警系统中广泛使用。2.2 数据采集器2.2.1 功能 数据采集器实际上是一个中级机构，它有一个或两个报警总线接口，监控5 00 个以内的地址单元，实时监控火灾探测部件的报警情况。同时作为火灾报警控制器的一个子单元，向火灾报警控制器实时传送火灾报警信息，基本不处理报警信息，最多只作协议的转换。2(X)7 年第 1 期消 防 技 术 与 产 品 信 息2.2.2 信号传输 数据采集器采用现场总线和火灾报警控制器连接，四总线模式，其中有两根电源线，两根信号线。一般传输距离1 5 00 一 3 lX X)m，采用的通信方式有很多，如:R S48 5(串行通

7、讯接口，采用差分传输方式不同于RS232)总线、C A N总线、肠nwo rk s 总线等。R S48 5 总线，采用 M A X 4 8 5 或 M A X 4 8 7等满足 4 85标准的芯片，一般使用非屏蔽双绞线，差分信号传输，抗干扰能力强，价格低廉。传输速率最大可达I M b Ps，在9 6 00bP s 传输时，距离可达1 2 00一 3 0 0om，不同公司的生产的R S485芯片支持的距离也不一样。R S485支持的只是物理层的协议，它没有总线纠错和仲裁能力，使用时由于一个节点出现故障，导致整条总线瘫痪，而且所需要的软件开销也很大。C A N总线，是一种共享的广播总线(即所有的节

8、点都能够接收传输信息)，支持数据速率高达I M b Ps。由于所有的节点接收全部发送信息，因此，信息不能够送达某个指定节点。但是，在 C A N总线的硬件部分提供了本地地址过滤，允许各个节点仅对所关心的信息进行相应的处理。C A N总线传输数据长度可变(0一 8字节)的信息(帧)，每帧都有一个唯一的标识(总线上任何节点发送的信息帧，都具有不同的标识)。C A N总线和 C P U之间的接口电路通常包括 C A N控制器和收发器。由此构成的 C A N网络具有以下特性:2 线差分传输、多主机、单工或半双工、速率可达I M b Ps、1 20 n 终端匹配电阻、标准化的硬件协议。由于所有的错误检测

9、、纠错、传输和接收等都是通过 C A N控制器的硬件完成的，使用这样的2 线网络，需要极少的软件开销。玩n works 总线，是由美国 Echel on 公司于 20 世纪90年代初推出的现场总线，它采用 15 0/0 51模型的全部7 层通讯协议，这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线。在一个 肠n w or k s 控制网络中，节点使用同一个通信协议与网络中的其它节点通信。每个节点都包含内置的智能来完成协议的监控功能。一个助n w o rks 控制网络可以有 3个到30 0 00个或更多的节点。由于不需要像传统控制系统中的中央控制器，助n wnrk s 分布式控制技术显示出很高的系统可

10、靠性和系统响应，并且降低了系统的成本和运行费用。神经元芯片完成节点的事件处理，并通过多种介质把处理结果传递给网络上的其它节点。同时还采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质和多种拓扑结构。肠n work s 的核心是神经元芯片(N e u ro n C h i p)，使用 C M o S C 玲1 技术的神经元芯片使实现低成本的控制网络成为可能。神经元芯片是高度集成的内 部含有3 个8 位的c P u:第一个c Pu 为介质访问控制处理器，处理玩n Talk(助n work s 网络的协议名称)协议的第一层和第二层;神经

11、元芯片的编程语言为 N euro nC，它是从 A N SI C中派生出来的，并对A N sIC进行了删减和增补。N euro n 芯片可以通过5 个通信管脚与网络上的其它节点交换信息，也可以通过n个应用管脚与现场的传感器和执行器交换信息。H个应用管脚具有 34 种应用操作模式，可以在不同的配置下为外部提供灵活的接口和芯片内部的计时器应用。第二个 C P U为网络处理器，它实现 玩n Talk 协议的第三层至第六层;第三个 C PU 为应用处理器，实现助n Talk 协议的第七层，执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。总之，神经元芯片实现了完整的 肠n w o rk s 的肠n T

12、 a l k 通信协议。采用上述的现场总线技术，可以很好地完成火灾报警控制器和数据采集器之间的网络构造和数据通信。采用的通讯协议如表 1 所示。2.3 火灾报替控制器2.3.1 功能 火灾报警控制器通过现场总线网络监控各个数据采集器，对火灾报警数据进行处理，发出声光报警信号，显示出具体报警位置，打印报警信息，启动相应的消防设备。其功能按照 G B4 7 1 7 一 1 9 8 4(1 9 9 3 年版)火灾报警控制器通用技术条件 设计。同时，火灾报警控制器设有基于 R T LSO 19的以太网接口卡，多台火灾报警控制器可以构成局域网，并且可以并人计算机网络，实现网络报警监控。2.3.2 信号传

13、输 火灾报警控制器采用工业以太网结构相互连接，根据节点数量搭建局域网。物理介质采用标准以太网连线，如双绞线、光纤等;使用标准以太网连接设备(如交换机等)，在工业现场使用工业以太网交换机;采用IEE E802.3(即以太网，一种通讯协议)物理层和数据链路层标准、T c P/IP协议组;应用层(甚至是用户层)采用现场总线的应用层、用户层协议。针对工业现场设备间通信具有实时性强、数据信息短、周期性较强等特点和要求，经过认真细致地调研和分析，采用以下技术基本解决了以太网应用于现场设备间通信的关键技术:(1)实时通信技术采用以太网交换技术、全双工通信、流量控制等技术，以及确定数据通信调度控制策略、简化通

14、信栈软件层次、现场设备层网络微网段化等吕卫斌:多种网络通信技术在火灾自动报警系统中的应用2(X7 年第 1 期表 1 采用的通讯协议序号功能发送回答备注l复位C R C 1，o x 巧，A d d 此55，C R C 0，0 侧 比月划 阵o x a aA d d r ess 为数据采集卡的地址2设备登记C R C 1，o x 巧，A d d r ess，C R C 0，伍介，伍必伍阳，接收登记进度数据(1 一 1 5 7)，。x a aD ata 为指示灯数据3查模拟值C R C 1，0，生 5，A d d re ss，C R C 0，0 刘 臼，N o 月划 阵o xaa，等待接收起始字节

15、(o x 朗)，登记值(4 b”e)，当 前值(4 b yt e)N。的第八位为1 表示模块，为0 表示探测器4探测器模拟值的曲线显示C R C 一 1，0 到 巴，A d d re ss，C R C 0，O x 因，N。，o x 科o xaa，等待接收起始字节(o x aa)，登记值(4 b 殉)，当 前值(4 b 少)5巡检C R C 1，O x 巧，A d d 此 58，C R C 0，0 丈 任，0 月 40 仙a，o x 幻，Fire，F a t，D o ne，Firei n fo，万 恤 u l t info，D one i nfo，校验和(16bit)Fi re:火警总数;F a

16、 ul t:故障总数;D o ne:联动总数;6模块操作C R C 1，o x 巧，A d d r e 朋，C R C 一 0，O x 几，2 o ne，no，0 刻 r4O x aa旧 种 操作成功0 油b 操作失败N O 的第八位为1 表示打开模块，为0 表示关闭模块7查登记信息C R C 1，0 划 rs，A d d ress，C R C 0，O x fa，O x f40 翔，D e t e c t o r，R m，D e t e c t o ri l 面，R m l l l fOD e t e c for:探测器总数;E.:模块总数;8编码C R C 1，0 x 1 5，A d d r

17、 e s s C R C 0，0 川 田，N o，N o，0 刻 阵o x a aN。为编码的地址号针对工业过程控制的通信实时性措施，解决了以太网通信的实时性。(2)总线供电技术采用直流电源藕合、电源冗余管理等技术，设计了能实现网络供电或总线供电的以太网集线器，解决了以太网总线的供电问题。(3)远距离传输技术采用网络分层、控制区域微网段化、网络中继器以及光纤等技术解决以太网的远距离传输间题。(4)网络安全技术采用控制区域微网段化，各控制区域通过具有网络隔离和安全过滤的现场控制器与系统主干相连，实现各控制区域与其他区域之间的逻辑上的网络隔离。(5)可靠性技术采用分散结构化设计、E M C设计、冗

18、余、自 诊断等可靠性设计技术等，提高基于以太网技术的现场设备可靠性，经实验室 E M C测试，设备可靠性符合工业现场控制要求。3 在城市火灾自动报警监控网络系统 上的应用 城市火灾自动报警监控网络系统通过有线或无线的方式实时监控整个城市中各个消防场所的火灾报警系统，火灾发生时，现场的火灾报警信号在 巧 5 之内到达监控中心的城市火灾报警网络管理系统，通过地理信息系统(GIS)实行事故地点定位，接警中心的电子地图上就会立即自 动显示出报警点的准确位置。同时把报警信息、位置信息等传送到处理中心。本监控系统包括监控中心，一般设在消防部门或指定的第三方，监控中心由多个接警计算机和中心计算机构成。接警计

19、算机负责监控接人系统的各个远程火灾报警系统，并由专人值班操作，对火警进行确认;中心计算机作为后台处理机，提供大容量的数据库和生成消防预案，并为其他系统提供数据服务。远程火灾报警系统为上面提到的火灾报警系统。通过公共电话网(PSTN)、In te m et网和无线方式(联通的C D M A、移动的G P R S)等方式接人监控中心。3.1 功能 (1)实时接收联网单位、网络监控器或语音数字联网报警器传来的自动火警、手动火警信息。(2)矢量化电子地图，可以任意缩放，为指挥、调度提供辅助决策。(3)双屏显示报警用户的详细文字信息(包括单位名称、地址，报警点所在楼层号、房间号及该单位相关人员的联系方式

20、等)和地理信息(包括市区图、消防水源分布、消防设施配置、楼层平面图及报警点的具体位置)。(4)为1 19调度指挥中心提供调度指挥依据。(5)对各类火警事件按年、月、日进行分类统计、分析，为上级和有关部门提供各种统计报表，用以指导火灾报警系统的科学管理。(6)数字录音放音功能。(7)提供联网单位灭火作战预案。(8)语音提示各类火警信息。3.2 信号传输 主要采用PSTN 有线电话网方式，以PSTN 有线电话网为传输媒介的联网报警设备解决了联网问题，但这样一种单一的传输方式在实际应用中存在着许多缺陷和不安全因数。因此系统具备两种以上的网络连接或传输媒介，且不同媒介在安全方面应该具有互补性。针对目

21、前广泛采用的电话联网报警系统来说，在安全2(X)7 年第 1 期消 防 技 术 与 产 品 信 息性上最具互补性的补充方案就是采用无线传输媒体作为备用连接方式。在联网报警中多种传输方式报警，用移动公网传输是解决实际问题的方向。中国公共移动通信网目 前以G S M/GPR S、C D M A技术为主体。这两种网络具有技术成熟、覆盖面广、保密性高、综合运营成本低的特点，适合于联网报警领域的数据传输。选用G S M/G p R S 移动公网作为联网报警网络，不需要单独组网，是最经济、最符合用户需求的实际解决方案。因此，对于前端采集采用移动公网无线网络的 G S M/G P R S 方式作为有线传输网

22、络的备份。远程火灾报警控制器采用有线联网模块和无线联网模块接人 PSTN 有线电话网和移动公网。采用的通信协议一般为:(1)联网模块与报警主机通讯异常:关关关+16+警情类型+16+警情类型+16+警情类型+城市代码+用户编码+年+月+日+时+分+仪 以)+仪曰)+(K)+#。(2)联网模块与报警主机通讯恢复正常:*，关+17+警情类型+17+警情类型+17+警情类型+城市代码+用户编码+年+月+日+时+分+侧 洲 0+X X X +(X)+#。(3)火灾报警:*+2 0+警情类型+2 0+警情类型+20+警情类型+城市代码+用户编码+年十月 十日+时+分十 探测器区域号+探测器编号+(X)+

23、#。(4)设备故障报警:*+2 2+警情类型+2 2+警情类型+22+警情类型+城市代码+用户编码+年+月+日+时 十分+探测器区域号+探测器编号+(X)+#。(5)巡检中心报名时间设置:*+4 2+0+4 2+0+4 2+0+城市代码+用户编码+年+月+日+时+分+(刃 佣州一洲 一只 洲 +(X)+#。(6)现场报名应答:*，+4 3+0+4 3+0+4 3+0+城市代码 十 用户编码+年+月+日+时+分+X X 洲)+X 刃+(X)+#。(7)巡检中心点名呼叫:二*关+44+0+44+0+科+0+城市代码+用户编码+年+月+日+时+分+(X X X 卜 仪 洲 一幻+0()+#。(8)调

24、时间:，+4 6+0+46+0+4 6+0+城市代码+用户编码+年+月+日+时+分+X X X)+X 又 X)+(X)+#。(9)报警主机复位:*，+47+警情类型+47+替情类型+47+警情类型+城市代码+用户编码+年+月+日+时+分+X X X)+仪 众)+(X)+#。注:警情类型有3 种类型:自动0，确认 1，清除2;城市代码有5 位，如无锡为8 8 8 88;用户编码 5 位数;探测器区域号在本方案中设定为加侧 刃;探测器编号则为防区号。4 结束语 随着城市现代化的进一步发展，对消防的要求也提到了新的高度。多种网络通信技术在火灾自动报警系统中应用，将会提高消防设备的技术等级，并能够满足

25、当今城市现代化发展的需求。目 前国内已有数家消防火灾报警设备厂家具有生产火灾自动报警网络系统的能力，并在小范围内进行了推广。并在使用中充分显示了现代网络技术的先进功能。参考文献:1 GB 501 66一 1 992(1 993 年版)，火灾自动报警系统施工及验 收规范.【幻G B 4717 一 1 9 84(1 卯 3 年版)，火灾报警控制器通用技术条件.3 B ss s 3 9 一 1:2 001，F i re d et e c ti o na n dal arm叮 st e m sfo r bui ldings.【4 阳宪惠.现场总线技术及其应用.清华大学出版社.5 S P48lEIS P

26、485E 增强型低功耗半双工R S-4 85收发器.【6 邹继军，饶运涛.C A N 总线系统智能节点设计.ht tP:刀 www.刁 g m c n.c o m/p hi 如sl c an/sj a l 砚洲 洲 I C A N _ j i e 山 an.冈f【7雷霖.现场总线控制网络技术.电子工业出版社，2 0(抖.【8 彭杰，李秀元.工业以太网应用安全的研究.h ttP刃www i e i c n.c o lnja P Pl y l d e t ai l。as p?i d=3 44 9 曾梦君.城市火灾自 动报警监控网络系统的探讨.h ttP:11 i n fo.fi re.h c 3

27、以).c o mj H T MIJ(洲 1/以 5 1 创 2/(瓦】1 八1 6 1 0.h t m收稿 日期:2 侧)6 一 03一 27;修回日期:2 0 0 6 一 1 2 一 21作者地址:江苏省无锡市洛社镇电话:(051 0)8 3 3 1 1 996抄袭、剿窃科研成果等科研不端行为将受查处 2 0 06年 11月9日 科技部发布 国家科技计划实施中科研不端行为处理办法(试行)。按照这一办法，在有关人员职称、简历以及研究基础等方面提供虚假信息;抄袭、剿窃他人科研成果;捏造或篡改科研数据;在涉及人体的研究中，违反知情同意、保护隐私等规定;违反实验动物保护规范;其他科研不端行为都将受到查处和惩罚。处罚措施包括:警告;在一定范围内通报批评;中止项目，并责令限期改正;终止项 目，收缴剩余项目经费，追缴已拨付项目经费;在一定期限内，不接受其国家科技计划项目的申请等。同时规定，被调查人有藏匿、伪造、销毁证据的，干扰、妨碍调查工作，打击、报复举报人的，同时涉及多种科研不端行为的，将从重处罚。科研不端行为涉嫌违纪、违法的，移交有关机关处理。国家科技奖励中发生的不端行为的调查和处理参数这一办法。该办法从2 0 0 7 年 1 月 1 日 起施行。