报警探测系统

报警探测系统（精选7篇）

报警探测系统 篇1

0引言

随着社会的进步, 科学技术发展得越来越快, 人们的安全防范意识也越来越强, 因此红外探测无线遥控数显防盗报警系统开始被广泛地应用于各个领域。此系统能够及时报警, 同时还能准确地进行定位, 将数据通过无线传输模块传送给监视主机, 这样一来, 有关人员就能够及时收到报警消息, 防盗效率大大提高。未来, 红外探测技术将会朝着智能化、集成化以及网络化的方向发展。本文将主要对红外探测无线遥控数显防盗报警系统的原理以及技术特点进行叙述。

1红外探测无线遥控数显防盗报警系统概述

红外探测无线遥控数显防盗报警系统主要是利用红外线光束进行探测, 当红外线光束被人或物遮挡住时, 探测器就会发出信号, 使发射机工作, 而接收机收到来自发射机的信号, 经过有关电路进行处理后, 控制信号即被输出, 报警声就会响起, 值班人员就可以根据显示器显示的报警地点迅速采取有效措施。此系统还采用了数字编码技术, 这样一台主机就可以带多台报警分机, 对多个报警点同时进行监视。

2红外探测无线遥控数显防盗系统技术分析

2.1热释电红外传感器

热释电红外传感器在检测人体辐射的红外线时, 可以利用非接触形式, 除此以外, 还能将其转化成电压信号, 以便对运动的生物以及非生物进行鉴别。热释电红外传感器除了可以用于防盗报警外, 还能在遥测以及自动控制中应用。

2.1.1热释电效应的含义

在某些绝缘物质中, 温度的变化会引起极化状态改变的现象。当一些晶体受热时, 在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷, 这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。

2.1.2热释电红外传感器的结构

热释电红外传感器通常使用PZT一类强介电材料, 在其上、下表面设置电极, 上表面覆以黑色氧化膜, 若有红外线间歇照射, 表面温度将会上升, 材料内部的原子排列就会发生变化, 从而引发自发极化电荷, 并在上、下电极之间产生电压。传感器的输出阻抗高, 但电压信号的输出却十分弱, 因此要将阻抗变化的场效应管和厚膜电阻放在传感器内部, 组成一个源极输出器。整个结构都应封在管壳内。

管壳顶端设置开设了一个装有滤光镜片的窗口, 这个滤光镜片可通过光的波长范围为7~10μm, 正好适合于人体红外辐射的探测, 而其他波长的红外线则由滤光镜片予以吸收。在光谱范围内, 热释电红外传感器的灵敏度波形十分平坦, 可见光对其并没有太大影响。

传感器前部装有菲涅耳透镜, 这是一种多面折射、反射镜, 其主要作用是和热释电红外传感器相互配合, 从而扩大探测范围, 提高探测接收灵敏度。

热释电红外传感器的结构以及等效电路图如图1、图2所示。

2.2被动式红外报警器

所谓“被动”指的是探测器自己并不发出能量, 在进行探测时, 只接收外界能量。因为人的体温一般为37 ℃, 因此会发出波长在10μm左右的红外线, 被动式红外探测器工作时, 就是对10μm左右的红外线进行探测。

信号滤波电路、热释电红外传感器、报警电路以及光学系统等共同组成了被动式红外报警器。报警器的核心器件是热释电红外传感器, 其主要作用是将人体的红外信号转换成电信号, 以供信号处理部分使用。信号处理的主要目的是放大、延迟输出较弱的电信号, 从而实现报警目的。

被动式红外报警器的结构如图3所示。

3红外探测无线遥控数显防盗报警系统的改进建议

3.1合理选择传感器

设计红外探测无线遥控数显防盗报警系统时, 传感器的选择尤为重要, 双元热释电红外传感器RE200B有2个对偶的传感单元, 可以抑制温度变化产生的干扰。除此以外, 将菲涅耳透镜装设在传感器前端, 还能抑制白光干扰。

3.2改进信号智能判断方法

采用MSP430单片机能够有效地克服小动物移动对报警系统产生影响的问题。其工作原理是当它接收到的信号电压总是处于一个较高水平时, 这个信号将被视作预入侵的探测信号, 然后红外传感器采集到的数据会被进行相应分析与处理当该信号所反馈的时间、空间以及温度等数据全部与人体吻合时, 系统才会进行报警。这种信号的智能判断方法能够有效防止风、小动物等对系统的干扰, 大幅度降低误报率。

3.3改进系统的主程序流程

和当前市场上应用较多的主程序流程相比, 图4所示主程序流程在信号判断方面更加智能化, 同时还增加了GSM模块设计。

4结语

目前, 红外探测无线遥控数显防盗报警系统中应用的被动式红外探测器存在着以下不足:误报率相对较高, 场外掌控性较弱。不过, 在不断加强对红外探测无线遥控数显防盗报警系统研究的前提下, 此问题必将得到解决。总之, 红外探测无线遥控数显防盗报警系统具有非常广阔的应用前景, 能在安防领域发挥十分重要的作用。

摘要：对红外探测无线遥控数显防盗报警系统进行了概述, 分析了其采用的技术, 并提出了改进建议。

关键词：红外探测无线遥控防盗报警系统,技术,改进

参考文献

[1]王松德, 赵艳, 姚丽萍, 等.红外探测无线遥控数显防盗报警系统[J].光谱学与光谱分析, 2009 (3)

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[3]何祥宇, 周涛.红外探测型香菇大棚煤气语音报警系统[J].湖北农业科学, 2012 (18)

[4]胡纪平, 梁钊.基于单片机和GSM模块的红外探测远程报警系统[J].电子测试, 2012 (11)

报警探测系统 篇2

近年来,仓储物流火灾呈高发态势,如2015年哈尔滨市“1·2”北方南勋陶瓷大市场仓库火灾、天津“8·12”特别重大火灾爆炸事故等,均造成重大财产损失和人员伤亡。行业管理和相关安全技术标准亟待加强,笔者从火灾自动报警角度对此类场所事故预防进行探讨。

1 大型物流配送中心的火灾危险性分析

由于我国物流业发展时间不长,国家没有发布权威的灾害数据资料,笔者以美国NFPA的火灾统计数据进行探讨。根据美国NFPA统计数据,1999-2002年美国共发生22 000多起仓储场所火灾,火灾的数量相对平均地分布于工作时间和周末,发生火灾的高峰时段是下午2:00-5:00。仓储区域火灾主要发生于建筑结构和墙面部分(达30%),另外5%的火灾涉及外部房顶或装饰装修。虽然仓储区域储存的不同物质可能造成火灾蔓延和持续燃烧的显著危险,但初始火灾还是主要发生于大型物流中心、物流仓库建筑本身。对于储存农业产品、烟草、原材料、煤等的仓库或室内堆场,因自发酵、自燃等问题,产生自燃的比重远高于其他类仓库。

现代物流业高度自动化、连续化、大型化的特点,使得这些区域的灾害种类间会发生更多的耦合发展,如人为破坏引发火灾、液氨泄漏引发火灾等。大型物流中心的灾害特点呈现为:灾害种类间的耦合发展几率大,火灾荷载大,火灾蔓延速度很快,钢结构建筑受热易倒塌,人员和财物损失重大,后期救灾难度大等。从美国的统计数据也可看出,大型物流中心的防灾问题是一个综合问题,涉及建筑防火技术、建筑结构安全与环境监测技术、早期探测报警技术、管理技术等一系列问题,需要采取更具实用价值的整合解决方案。

1.1 高架仓库火灾发生、传播和蔓延的特性分析

以某物流仓库设计为例,根据以上的火灾危险性分析,可以将防护区域按照相对危险程度分区域梯次描述,如图1所示。在区一(停车区),因为涉及大量人员的操作,并直接面对车辆、人员等外部危险源,所以危险程度相对最高,是防护第一梯次区域;在区二(装卸区),涉及较多的机械操作和部分人员操作,面对电气设备、人员等危险源,危险程度相对较低,是防护的第二梯次,或者直接与第一梯次区域统一考虑。区一、区二由于工作期间为敞开的,汽车尾气和灰尘容易进入,对常规探测提出了高要求;在区三,主要是建筑墙面、屋顶,包含外部热源和电气设备、照明布线等,其相对危险程度更低;在区四,除了有自燃因素的仓库外,该区域危险程度最低。因此,仓库的防护和管理可以依次梯度进行。

从以上分析可以看出,除区一和区二可能会面临直接明火源外,区三和区四的火灾发生还是首先出现外部火源或热源引起的烟雾或电气设备引起的过热烟雾,进而发生火灾。

对于区一和区二,火灾在早期呈现水平蔓延,从外部往货架方向蔓延,以明火和烟雾并存为主,对于仅有烟雾的极早期火,可以通过探测器或人员及时发现处理掉。而对于涉及装卸货、分拣等操作形成的粉尘和汽车尾气等因素,传统的烟雾探测方式是难以适应的。

对于区三,外部热源或火源势必首先造成墙面或屋顶材料的烟雾,对于电气设备、照明,由于加设电气火灾监控和配电系统的自我保护作用,也主要是造成过热烟雾。而烟雾流动受到空间竖向烟囱效应和货架的影响,主要以垂直扩散为主、水平扩散为辅,由于烟气的温度有限,所以到一定高度后,水平扩散成为主要现象。

对于区四货架区可能产生阴燃的货物,阴燃初期以烟雾为主,外部火源引起的火灾呈现烟雾和火焰同时存在的现象。由于货架内货物和货物托架的阻隔作用,垂直方向的烟囱效应主要出现在巷道内,货架内竖向缝隙也有一定的烟囱效应。因此,火灾时烟雾主要流动区域是在巷道内,火焰会在货架内和巷道侧垂直蔓延。实际上,如果每隔6m在货架内设一层防火板阻隔,再配合水喷淋系统可起到很好的控火和灭火效果,对于不设防火板阻隔的,喷淋的灭火效应将大打折扣。

1.2 大型物流配送中心火灾防治的核心问题

从国内发生的几起类似场所特大火灾看,现代大型物流中心的火灾具有一定的复杂性。要避免大型物流中心火灾,需解决几个核心问题。

(1)传统的防灾减灾技术有待提高。对于传统的火灾探测方法,要么灵敏度太低,要么难以用于火灾的场所。要达到更好的减灾防灾目的,新技术、新方法的应用意义重大。如美国统计数据中的人为故意纵火问题,除了基本管理外,更需要一些新的智能监控技术早期侦测异常侵入的人员。

(2)大型物流中心灾害发生、发展速度很快,有必要设置更加有效的自动减灾防灾系统。如设置更加适用的自动灭火系统可以快速反应,避免火灾扩大而造成更大的灾害。

(3)空气采样式火灾探测器未必适宜在大型高架仓库中使用。主要原因在于:一是货物流转中微细粉尘较多,易引起误报警;二是吸气管路需要在货架间上下来回穿梭,由于吸气泵吸力不够,目前许多类似项目出现大量故障报警,无法正常工作;三是该种探测器在使用时无法确定相对具体的火灾位置,对防火救灾不利。

2 火灾探测方法的选择及试验研究

2.1 火灾探测方法的选择

根据以上对物流配送中心和高架仓库的火灾危险性和特征分析,笔者认为最佳的火灾探测方案是:根据GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》的相关规定,采用两种复合探测方法;针对空间区域,包括高架库的巷道,采用分布智能图像型火灾探测器覆盖,以探测烟雾和火焰为主,并实现火灾定位;针对货架内,采用分布式光纤感温火灾探测器,实现建筑内的温度监测和火灾区的火灾报警和定位。

2.2 高架库图像火灾探测试验研究

针对高架库的火灾探测,笔者进行了试验研究。在高架库巷道正对的墙壁上2~8m高的位置安装一套分布智能图像火灾探测器。试验主要针对高架库可能出现的烟雾、火焰展开,包括货架内和巷道内,用以验证系统的探测能力。试验方法为通过撕成条状的废报纸阴燃产生烟雾,通过纸箱产生烟雾和火焰,探测距离设计整个巷道长度约75m范围。试验结果见表1。

综合以上试验数据可以看出,图像火灾探测器响应时间短,烟雾报警时间低位最长21s,高位最长38s,火焰报警时间低位8s,高位12s,远低于普通点型和线性火灾探测器的响应时间,相对空气采样和红外对射探测器也具有明显的优势,且对误报的可控性较好,非常适合这种大空间场所的火灾探测。

3 物流配送中心火灾探测报警系统的设计

3.1 基于物联网的消防与安全防范整体设计思路

广义上讲,大型物流中心的安全包括建筑内人员的安全、建筑与环境安全、建筑内使用能源设备安全(包括用电和发电设备、用气用油设备等)、设备安全性对人群及建筑的影响、自然灾害对人群和建筑的影响、人为灾害对人群和建筑的影响等。从引发灾害的角度看,主要安全问题在于:自然或人为诱因造成的安全问题,即外部安全问题;建筑与设备内在因素诱发的安全问题,即内部安全问题。综合减灾防灾解决方案设计主要目的在于实现安全相关灾害事件的早期侦测、早期报警、早期处理、早期启动扑救等功能,并通过多方面智能分析与控制技术整合形成大型建筑的综合安全防范系统。

传统的系统一般包括:常规消防安全子系统(包括常规火灾报警联动控制系统、自动水喷淋灭火系统等)、传统的安防子系统(包括CCTV电视监控系统、门禁系统、周界防范系统、道路/车辆管理系统等)。然而,要实现大型物流中心的综合减灾防灾,传统的技术能力是有限的。因此,需要重新架构和整合各种新兴子系统,与传统系统通过网络接口连接,形成基于物联网的消防与安全防范整合系统,不仅可降低设备安装成本,还可将安保监控人员和控制室值班操作人员合并,有效降低管理运行成本和人力资源成本,以达到综合减灾防灾的目的。图2给出了大型物流中心消防与安全防范整合系统总体架构。系统采用智能视频分析技术、新型经济适用的热像测温技术、电子围栏与智能视频防范系统、系统整合与信息融合技术等,整合了十多个传统、新兴安全防范子系统。

3.2 分拣车间、配送车间的消防报警设计

分拣车间、配送车间主要形式是大空间建筑,因此采用分布智能图像型火灾探测器进行完整覆盖,实现空间内的烟雾和火焰识别。根据GB 50116-2013的相关规定,还需设置一种探测器,本设计推荐采用红紫外双光束复合图像感烟火灾探测器,实现空中烟雾的探测,而该种探测器可以很好地识别烟雾、水蒸气和灰尘,准确报警。

3.3 智能立体库的消防报警设计

对于图3所示的高架仓库,除了在图1的区一、区二等同于大空间区域设置分布智能图像火灾探测器外,高架库部分是难度最大的区域。由于仓库高达30m,所以采用图像型火灾探测器是一种很好的方法。为了有效探测和覆盖防护空间,采用上下两层探测器的布置方式,上层采用大焦距镜头,下层采用小焦距镜头,实现远近、高低的空间探测和覆盖;考虑到复合联动灭火系统的要求,在货架内部安装分布式光纤感温探测器,实时监视空间和货架的温度异常变化,如图4所示。图像型火灾探测器可以同时对烟雾和火焰进行监测,并且可以通过火焰位置确认火灾的位置;另外,货架内的分布光纤感温火灾探测器,一方面实时监测货架不同层次的温度;另一方面,一旦发生火灾进行探测报警和位置确定。

4 结束语

笔者分析了物流中心,尤其是其中的高架仓库的火灾危险性,提出了采用分布智能图像火灾探测器与分布光纤感温火灾探测器复合的探测方法,进行了图像火灾探测的试验研究,证明了图像火灾探测的有效性,解决了传统探测器在物流中心分拣车间、高架库等场所因为灰尘、安装原因误报多或者报警不理想的问题。除了进行火灾探测外,系统同时具备了环境监测、安全监控等多重功能,十分有利于物流中心的安全防护。

摘要：对物流配送中心立体高架库、分拣车间的火灾危险性进行探讨,针对其火灾探测报警系统进行分析,提出高架库巷道采用智能图像型火灾探测器,货架内采用分布式光纤感温火灾探测器,并进行试验研究。结果表明,该探测方式可以在不同的火灾形式下实现稳定报警,探测系统的布置方式灵活,可以同时解决高架库和车间等区域的探测问题。

关键词：物流中心,火灾危险性,火灾探测,高架仓库

参考文献

[1]GB 50116-2013,火灾自动报警系统设计规范[S].

[2]GB 50016-2014,建筑设计防火规范[S].

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[4]GB 25506-2010,消防控制室通用技术要求[S].

[5]孙玉平,王泓燕.物流配送中心防火设计初探[J].消防科学与技术,2004,23(6):538-540.

[6]宋波,李毅,刘欣,等.高架仓库实体火灾的实验研究[J].消防科学与技术,2009,28(4):155-157.

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[8]毕振波,乐天,潘洪军,等.图像型火灾探测预处理方法综述[J].消防科学与技术,2016,35(1):87-91.

报警探测系统 篇3

1系统总体设计方案

整体方案如图1所示, 主要由烟雾传感器模块、路由器模块、协调器、PC组成, 其中:烟雾传感器模块主要功能是检测环境烟雾信息、温度以及节点自身电池电量 (考虑到检测环境的复杂性, 烟雾传感器采用电池供电) , 并将采集的信息发送给路由器节点或者协调器。

路由器节点具备烟雾传感器模块的功能, 并且能够接收烟雾传感器模块的数据并转发给协调器, Zigbee无线技术在室内点对点的通讯距离在50~70m左右, 当烟雾传感器模块与协调器的距离比较远时, 增加路由器模块, 增加通讯距离。

协调器实现组建网络和加入节点, 接收并存储各个烟雾传感器发来的消息, 并将信息通过串口传给PC。

PC通过串口接收处理协调器发来的数据与发送命令, 并在Labview软件中实现人机交互界面显示。

2系统硬件设计

2.1烟雾传感器模块与路由器模块设计

路由器模块硬件电路与烟雾传感器模块硬件电路基本一致, 这里只对烟雾传感器模块硬件电路做介绍。烟雾传感器模块是组成火灾报警系统的基本单元, 是构成火灾报警系统的基础, 主要由数据采集模块 (传感器、A/D转换器) 、数据处理模块 (微处理器、存储单元) 、无线通信模块、电源模块等组成, 如图2所示。

(1) 电池电压采集。

烟雾传感器模块采用电池供电, 因此对该模块电池电压的监测是有必要的, 电池电量过低的时候会导致整个模块罢工。模块周期性采集数据, 当采集完数据之后就进入休眠状态, 等待下一次发送数据时才被唤醒, 低电待机模式下, 2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月, 甚至更长, 电池不需要频繁更换, 这也使模块采用电池供电成为可能, 将通道5 (即CC2530芯片P0_5引脚) 作为ADC采样通道, 参考电压为片上AVDD_SOC (3.3v) , 12位分辨率, 将采集到的值转换为电压值, 通过无线发给协调器, 在上位机界面进行显示。

(2) 烟雾传感器。

烟雾传感器采用MQ-2半导体烟雾传感器, MQ-2传感器对液化气、丙烷、氢气、天然气和其他可燃气体灵敏度高, 当传感器所处环境中存在可燃气体时, 传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大, 其电路原理图如图3所示, 烟雾传感器模块主要由烟雾传感器MQ-2和电压比较器LM393组成。LM393将MQ-2输出的模拟电压与无火灾发生时MQ-2输出的阈值电压进行比较, 并输出二值数字信号DOUT。若大于阈值电压, 则说明有火灾发生, LM393输出0;否则, 说明无火灾发生, LM393输出1, 将DOUT与CC2530芯片P0_6连接, 通过检测P0_6口高低电平, 判断有无火灾发生。

(3) 温度传感器。

温度传感器采用单总线数字式的DS18B20。测温范围可达-55~125℃, 精度±0.5℃, 工作电压为3.3V。硬件连接电路上, 引脚1与引脚3分别与CC2530芯片的3.3V电源、GND相连, 引脚2为数据输入/输出引脚, 与CC2530芯片的P0_7引脚相连。

2.2协调器模块设计

如图4所示, 协调器部分电路主要由CC25030最小应用系统、电源模块、与上位机通讯的串口电路, 上位机界面采用Labview软件进行编写。

3系统软件设计

系统各个模块的编程开发环境为IAR Em bedded Workbench for 8051 8.10, 采用的协议栈为TI的ZStack-2.3.0-1.4.0, 主要包括协调器节点、路由节点及烟雾传感器模块程序设计。协调器上电后, 组建网络, 烟雾传感器模块与路由节点自动发现并加入网络。上位机通过串口给协调器发送命令, 协调器通过判断命令内容, 通过广播的方式通知网络中各个节点进行数据采集或者停止数据的采集, 当协调器接收到”周期采集”命令时, 协调器通过广播让网络中各个节点每隔2分钟采集一次数据并发送数据, 之后节点进入休眠状态;当协调器接收到”停止采集”的命令时, 网络中各个节点停止数据的采集, 直到下次接收到周期采集命令才开始周期性采集。采集的数据通过Labview软件在电脑上显示, 有异常通过界面报警指示灯通知值班人员, 并将发生故障的节点、时间记录下来。

4实验测试

本次实验通过一个烟雾传感器模块 (图6) 与协调器 (图7) 进行测试, 实验的主要目的是测试烟雾、温度的检测功能, 报警信号的产生和无线的收发。图7中①为DS18B20温度传感器, ②为MQ-2烟雾传感器, ③为模块电池电压采集线路, ④为模块电源模块, 采用3节1.5v号电池供电。

在MQ-2传感器旁用打火机放气体, 并将温度传感器放于电脑散热器出风口, 本次测试1s采集一次数据, 随着可燃气体浓度、温度增大, 如图5所示, 方形指示灯变为红色, 温度曲线快速上升, 并在下面的文本框中记录下发生异常的位置与时间。

5结语

本文提出了一种基于Zig Bee技术构建的低成本、低功耗的火灾报警无线传感器网络设计方案, 详细介绍了火灾烟雾报警传感器模块的设计原理, 对系统的硬件部分和软件部分进行了有机融合, 实现了系统功能的智能化, 并通过实验验证了方案的可行性, 在智能火灾监测系统中具有一定的实用价值和参考价值。

摘要：文章采用TI公司的CC2530为核心控制芯片, 以Z-Stack协议栈作为协议平台, 提出了一种基于Zig Bee的烟雾检测火灾报警节点设计方案, 系统实现烟雾信息的自动采集、实时信息查询、故障信息记录等功能, 并将协调器接收到的数据通过串口在Labview界面上显示。实验结果表明, 系统达到预期设计目标, 并具有结构简单、功耗低、性能可靠和体积小等优点。

关键词：ZigBee,烟雾报警,研究设计

参考文献

[1]昝杰.温度和烟雾监测及远程报警系统的设计与实现[D].成都:电子科技大学.2015.

[2]田亚立, 梁波, 尹少荣, 等.基于单片机的烟雾报警系统设计[J].电子测试, 2015 (21) :1.

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[4]杜军朝.Zig Bee技术原理与实战[M].北京:机械工业出版社, 2015.

报警探测系统 篇4

1 光纤光栅感温火灾探测报警系统

在油罐和油库等高危险场合, 传统的带电型的火灾探测器, 由于不能满足本质安全的要求, 是不能在这些区域使用的;而光纤光栅温度传感器则能胜任这类恶劣环境下的工作。

光纤光栅传感器是刚兴起的新一代传感元件, 其检测的是光的波长变化, 传感器及其探测系统是靠光缆连接而进入被测现场, 在现场只有光信号。这就决定了系统具有高安全性、高可靠性、高绝缘性、高抗电磁干扰性、防潮耐蚀、寿命长等其他探测报警系统无法比拟的优越性能。光纤光栅感温火灾探测报警系统由宽带光源、光耦合器、光信号解调器、传输光缆、连接光缆、感温探头等构成, 如图1所示。

2 光纤光栅的工作原理

光纤光栅是利用激光在光纤传感器内的光纤芯上, 刻制一定间距的若干条纹, 形成一个光栅元件。当一束宽带光源通过光纤传输时, 由于光纤光栅的存在, 某一特定波长的光线将不能通过而被反射回来, 其他波长的光纤则顺利通过。光纤光栅传感器的基本工作原理见图2。

反射光的中心波长和光纤栅距之间的关系为:λB=2Neff·∧

式中, ∧为光纤光栅的周期栅距;2Neff为光纤光栅的有效折射率。

对于特定的栅距∧, 反射的波长λ非常稳定, 当栅距发生变化时, 反射的波长随之而变。因此, 通过改变制造工艺, 可以生产出反射不同波长的光纤光栅传感器;若外界环境的变化使栅距发生变化, 则反射波长也会发生变化。

当光栅周围的环境温度发生变化时, 由于光纤光栅传感器的热胀冷缩效应, 光栅的周期条纹间距会发生变化。精确地监测出反射光的波长以及它的偏移Δλ, 就可以测出光纤光栅传感器所处环境的温度及变化量。光纤光栅波长与环境温度的关系如图3所示。

3 报警系统在罐区的应用

3.1 系统构成

以16#罐区为例, 光纤光栅感温火灾探测报警系统的构成 (如图4所示) 包括:1套i-smart1115信号处理器、6座50000m3外浮顶原油储罐、372个感温探头、传输光缆 (单模6芯) 和连接光缆 (单模单芯) 。

每个储罐设置了62个TMS-03型温度传感器, 随连接光缆安装在浮顶浮盘上, 由专用的卡具固定在二次密封圈的外沿。由于i-smart1115信号处理器的每个通道能连接25个感温探头, 因此在实际施工中, 将每个储罐的62探头平均分成了4组, 这4组探头和连接光缆分成4串, 分布在浮盘周围上, 环绕罐壁2周。4串感温探头和连接光缆在光纤分线盒内, 和单模4芯的传输光缆连接起来。传输光缆进入机柜内部后, 再进入光纤接线盒, 又分为了4路光信号, 由4光纤跳线分别连接到光纤信号处理器的4个通道。

光纤信号处理器内的宽带光源发射宽带光波, 经感温探头反射回光信号, 进入光机模块, 在这里进行解码, 并转换成电信号;然后, 通过SCSI接口连接到工控机的数据采集卡上, 在工控机内部完成温度信号和温差信号的转换, 并通过专用的软件, 实现温度数据显示、报警、趋势、打印等功能。工控机采用标准以太网、RS-232485通信接口, 能够很方便地与上位机和其它系统 (如消防系统) 通信, 并提供两种触点输出信号, 用于控制声光报警设备和连接启动消防喷淋系统。i Smart 1115光纤光栅信号处理器的技术指标如表1所示。

3.2 系统运行效果

光纤光栅感温火灾探测报警系统施工完成后, 厂家和仪表施工人员共同采用水浴法模拟火灾报警, 对系统进行了测试。现场调试合格后, 经过企业消防和安环部门的验收, 系统达到了设计标准, 能满足安全生产的要求。该系统于2008年6月25日正式投用, 在油品车间1#和16#罐区运行至今, 效果良好, 未出现误报警和其它故障信息, 为原油罐区的安全运行提供了有力的保障。

4 结语

光纤光栅温度传感器作为一种本质安全的感温元件, 配合监测及报警系统, 是一项全新的应用技术, 正在逐步推广应用。该火灾报警系统结构简单、灵敏度高、性能可靠稳定, 易于实现火灾报警的自动化和网络化, 是火灾探测自动报警系统的发展方向。

参考文献

[1]廖延彪.光纤光学[M].北京:清华大学出版社, 2000

报警探测系统 篇5

1 “报警规范”在点型火灾探测器设置限定中的问题与对策

“报警规范”在特定温度和湿度恒定、无空调通风、加热的实尺寸封闭房间条件下, 通过试验并参照发达国家规范所制定的点型火灾探测器的设置限定, 简而言之, 即应在探测器的保护面积A、保护半径R和其安装间距曲线 (见“报警规范”附录A (以下简称“附录A”) ) 范围内 (以下简称“三项限定”) 。这个限定的问题在于它未区分平、坡屋顶, 即未从平到坡、屋顶坡度的量变导致火灾烟、温气流沿顶运行机理的量变、质变而质变, 致给出了仅有量异而失质别的“三项限定”, 于是提出商榷。

1.1 平屋顶设置“三项限定”的问题与其对策

1.1.1 平屋顶火灾气流与其设置限定

平屋顶火灾时的烟、温气流热升遇顶后系沿顶均匀向四周蔓延减弱扩散, 作为探测它的各向同性的点型火灾探测器, 其单向最大保护水平距离 (术语) 便成了名符其实的保护半径。在其保护半径、圆周范围内应该都能得到充分而有效的保护, 而作为探测器保护面积A依据的“特定矩形”仅是保护圆中的一部分, 已包含在圆中。因此, 笔者认为探测器的保护面积A和以A为设置极限值的安装极限曲线都不宜作为平屋顶时的设置限值。于是提出:平屋顶点型火灾探测器的设置应在探测器的保护半径R的范围内, 并可不受保护面积的制约。

倘若还以保护面积A设置时, 亦必须在探测器的保护半径R范围内。

暂且不论烟、温气流出现质变的这个“度”, 但平屋顶 (θ=0°) 肯定处在质变之前, 因此其设置限定宜从表中予以单列或表下加注, 以利于探测器效能充分发挥。

1.1.2 平屋顶以保护面积A及其安装曲线为限进行设置的合理性

在方形平顶房间以保护半径R画圆设置并做到全覆盖, 扣除重叠部分后探测器间或每个探测器所“划分”的保护面积为方形 (矩形或正方形) 。众所周知, 圆内方形面积中以正方形为最大, 它分别为现行保护面积的1.12倍 (感烟探测器) 和1.3倍 (感温探测器) 。因此, 当平屋顶场合可以以正方形或趋于正方形设置时, 再以目前较小的矩形保护面积A及其为依据的安装曲线加以限制便有失科学、合理。

1.2 坡屋顶火灾气流运行机理与点型探测器设置限定

坡顶火灾发生后, 其烟、温气流沿顶运行机理系主要向屋脊处蔓延集聚。作为各向同性的点型火灾探测器的设置必须与火灾气流相适应。“报警规范”中的“三项限定” (面积、半径和曲线范围) 所存在的问题, 是未适应火灾气流沿坡顶运行的机理, 未强调应尤为重视屋脊处理探测器的设置和坡顶的设置具有方向性的特点, 于是有可能出现表面上完全满足“三项限定”, 但其设置的结果却与火灾气流机理相悖。如坡度θ>30°, 不在“附录A”图中的45°线上部选取探测器的纵、横向间距b>a, 而在45°线的下部中选取a>b。

鉴于上述, 对坡顶的设置限定是, 点型火灾探测器设置具方向性, 以保护面积A为主, 保护半径R仅制约相邻探测器间的最大间距。

2 “报警规范”在建筑物不同保护等级保护范围的修正中存在的问题与其对策

根据建筑物的使用性质、火灾危险性和扑救难度等, “报警规范”将所保护对象划分为特级、一级和二级。一只探测器在各级中所能保护的范围, “报警规范”仅给出保护面积修正系数K值, 但占设置工程绝对量的平屋顶, 需要的是修正后的各级保护半径, 坡顶时亦需根据它制约探测器的间距, 于是笔者2002年提出了保护半径修正系数 (KR) 及其值[2], 提出至今发现有误用面积系数K修正对应保护半径的现象。

2.1 再次提出保护半径修正系数并证明其值

“报警规范”在探测器设置数量计算式N=S/K·A (见“报警规范”8.1.4) 中, 所规定的修正系数K值 (特级0.7～0.8、一级0.8～0.9、二级0.9～1.0) , 从上算式看出, 其K仅是保护面积上的面修正而非保护半径上的线修正, 两者是不等的, 不能混淆、挪用。

由于现缺保护半径修正系数, 建筑物不同保护等级保护半径值难以确定, 直接影响了平、坡屋顶点型探测器的设置和判定设置合格、有效的依据。因此, 寻求保护半径修正系数便是设置的客观需要。

2.2 误用修正面积系数K修正半径的后果

首次提出保护半径修正系数及其值是在2002年[2], 再次提出时加入了论证和分析。

笔者寻求现所缺的保护半径修正系数, 系从“报警规范”现有的面积修正系数K加以换算, 为此设想有一以K=1时的保护圆为底的正圆锥体, 那么K的其他各值 (0.7、0.8及0.9) 便是均平行于锥底的切面。各切面中的“特定矩形”对应边相互平行, 即互为相似形, 相似形的面积比等于对应边 (含直径) 边长的平方比, 因而笔者设修正前的保护面积、保护半径分别为A和R, 则修正后的对应为A1和R1。

因为, A1=K·A, R1=KR·R, KR为保护半径修正系数, 所以, undefined, 即undefined, 且大于K (见表1) 。

经修正后的保护半径RK=KR·R或undefined为修正前探测器的保护半径。

2.3 保护半径错误修正造成探测器大幅多耗

鉴于“报警规范”只提及保护面积修正系数K, 于是诸多粗心的设计者直接用它来修正各保护等级的保护半径值, 其所造成的后果为:

设误以K和正确以KR分别修正同一保护等级保护半径R后, 所得的修正前、后的保护半径和保护面积分别为R1、R2和A1、A2其对应比值见式 (1) 、式 (2) 。

undefined

由式 (1) 、式 (2) 看出, 错误地以K直接修正保护半径, 即本已经正确修正后的保护半径R2和保护面积A2被再次打折, 即分别被打了undefined和K折扣。以K=0.7、0.8和0.9为例, 错修正后的保护半径被对应缩小16%、11%和5%, 进而导致其保护面积被相应缩小30%、20%和10%, 保护面积被缩小, 反过来又导致了探测器设置量被大幅多耗, 对应多耗43%、25%和11%。如今在设置工程中占绝对量的平屋顶的大量多耗现象还在延续, 并有悖于节能减排之大计。

探测器的保护半径是判定平屋顶设置合格、有效的唯一条件, 也是遇到异形平面设置时所必须的, 不仅平顶, 坡顶亦应重视对它的正确修正。

3 “报警规范”在点型探测器安装曲线图上存在的问题与对策

“附录A”存在的问题:一是它仅是最低保护级别 (二级) 的安装曲线, 特级、一级时则无据可依;二是平屋顶以保护面积A为限的设置曲线亦有失科学、合理。笔者在破解“附录A”曲线基础上提出了各保护等级安装曲线的制图要点、制图和提出了新型平屋顶时的安装曲线。

3.1 破解“附录A”点型探测器安装曲线图

“附录A”诸安装曲线有以下共同点 (参见图1) :

(1) 曲线上的两端点Y、Z系曲线上达到保护面积的始终点, 其坐标a、b值实系作为探测器保护面积依据的“特定矩形”两边的边长, 可由联立方程a·b=A、a2+b2= (2R) 2解得;

(2) 曲线的拐 (中) 点C (见图1) 的坐标undefined;

(3) 曲线上任意点的保护面积均为探测器的保护面积A;

(4) 在Y、Z两点间适取若干a×b=A的点, 并将各点连成一条光滑的曲线即为所求。

鉴上, 只要给出保护面积A、保护半径R即可绘制出“附录A”中的全部曲线。

3.2 建筑物各保护等级坡屋顶安装曲线的绘制

以修正系数K修正后的保护面积AK和以保护半径修正系数KR修正后的保护半径RK, 分别取代3.1中的A和R, 并按3.1中的步骤即可绘制出相应保护级别的安装曲线图。

3.3 新型平屋顶各保护等级安装曲线的绘制

平屋顶 (θ=0°) 的设置仅受相应级别保护半径所制约。其绘制以DK (2RK) 为半径在坐标图中绘出圆弧, 弧上按3.1定出Y、Z点, 则其两点间的圆弧线便是所求, 见图2。图2中虚线系“附录A” 按保护面积AK为据曲线。显然, 平屋顶以保护半径为据探测器的效能得到充分发挥, 其中又以中点C的正方形设置为最有利。

按照笔者下面给出的设置法, 平屋顶的设置已毋须“安装曲线”或绘制安装曲线。

4 平屋顶点型火灾探测器经济合理简捷设置法

点型探测器在平顶上的设置在实际工程中占绝大多数, 探究其经济合理快捷设置, 具有节能减排的意义。

“设置法”其实很简单, 毋须“安装曲线”或以保护半径画圆作图等, 其实质是最大限度地趋正方形设置的一种方法。其思路是, 平顶房间可按保护半径下的正方形设置范围之外的两边余量部分, 以增加最小数量的探测器后按总面积、探测器设置总数加以均摊, 使均摊后每个探测器的保护范围均在其保护半径范围内, 即得最大限度地趋正方形设置。其方法步骤:首先正确修正各保护等级探测器的保护半径, 以其所得正方形边长 (c) 去除房间的长边、短边 (b、a) , 其得数的整数便是可按正方形设置的最大范围, 小数点后则为余量。以适当加设探测器“消化余量”, 加设时宜尽量减少短边、增加长边上的设置, 以使加设数量为最少。短边N1小数点后宜6舍7入, 甚至7舍8入试之, 最后以设置直径 ≤保护直径DK为合格、有效。大面积平屋顶方型房间趋正方形设置计算见表2。

此设置法的优点:

(1) 理论依据是平顶点型探测器的设置仅受保护半径而不受保护面积制约;

(2) 经济合理在于探测器保护效能得到充分发挥、设置数量最少;

(3) 过程合理, 系直接由判定设置合格、有效的唯一条件-保护半径入手, 免去了按保护面积设置后, 再以保护半径判定合格与否的反复;

(4) 过程简捷, 仅经简单计算便可得到满意结果, 毋须经“安装曲线”或画圆反复匹配等。

(5) 当房间内设有柱子时, 探测器与柱子的相对位置可能不一, 工程中不存在此问题。

“报警规范”8.1.4例题中房间地面面积系量身定制, 读者将之改为40 m×50 m后, 再按例题与此解法对比一试, 便知繁简。

表2可长期供多工程使用, 亦便于校审。

5 总 结

(1) 点型火灾探测器的设置应与火灾气流沿顶运行机理相应, 平顶时仅受探测器的保护半径R的制约, 坡顶则以保护面积为主设置具方向性, 探测器最大间距受保护半径制约。

(2) 应以保护半径修正系数正确修正建筑物各保护等级的保护半径值。

(3) 尤其大面积平屋顶以“简捷设置法”进行设置为经济合理。

参考文献

[1]GB 50116-98, 火灾自动报警系统设计报警规范[S].

[2]王赞瑞, 刘志伟, 薛原.关于点型火灾探测器设置的研究[J].消防科学与技术, 2002, 21 (5) :62-64.

报警探测系统 篇6

1) 散货船上安装货舱进水探测报警装置的目的是为了及时了解船舶货舱的意外进水情况, 以便及时参数相应措施, 保障生命财产的安全。

2) 进水探测报警系统的原理为, 当某一货舱进水达到探头安装设定高度时, 探头送出一个开关量电信号或连续的模拟电信号到控制箱, 经事先设定并安装在驾驶台的控制报警想发出相应的声光警报并连续指示或显示相应货舱号, 声光报警信号根据需要可以连接到机舱控制室和压载控制台, 对自动化半自动化船可以把警报信号接入自动排水系统, 同时可按要求对某货舱进行隔离和消除报警。系统对用做压水货舱的报警信号设有越控装置, 并且对系统进行连续监控, 并向船载航行数据记录仪 (VDR) 传送报警信号。

3) 根据探测报警系统探头的探测形式的不同, 主要有以下几种形式。声波、超声波探测型:利用声波、超声波易被液体吸收的原理进行探测报警。此类装置可靠、寿命长、免维护、无活动元件、适应范围广, 但不能连续显示水位的变化, 价格较高。

磁性浮子开关探测型:设备简单、安装容易、费用较低, 但有活动元件, 容易受货物的影响, 不能连续显示水位的变化。

压力变送器探测型, 把水压或气压信号变送成电信号进行探测报警。此类传感器免维护、无活动元件、适应范围广, 在设定范围内可以连续指示水位的变化 (可以达到货舱的高度) , 价格适中。

压力开关探测型, 此类与磁浮子开关型相似, 设备简单, 安装容易, 费用比较低, 但有活动元件, 不能连续显示水位的变化。

电极探头探测型, 利用水能导电的特性, 当电极与水接触时电路接通送出信号, 此类装置简单、可靠、无活动元件、易安装、价格相对较低, 但不能连续显示水位的变化。

2 SOLAS公约及IMO MSC.188 (79) 决议中对散货船货舱进水探测报警系统布置的要求

根据SOLAS公约及IMOMSC.188 (79) 决议中对散货船货舱进水探测报警系统布置的要求, 布置要点主要有以下几点:

1) 主控制板安装于驾控台, 复示板安装在压载控制室。

2) 声光报警蜂鸣器安装在驾控台和压载控制室。

3) 应提供与VDR的信号接口, 将数据传输到VDR。

4) 工作电源为交流220V。

5) 接线盒的防爆等级为ExiaⅡC。

6) 当某一货舱的进水达0.5m深时, 控制面板上相对应舱位的预报警红色指示灯亮并闪烁, 同时蜂鸣器鸣声;当进水达2m时, 控制面板上报警红指示灯亮, 再次报警, 发出主报警信号。

7) 艏尖舱的报警设置高度为不超过舱容的10﹪。艏空舱及水手长储藏室的报警设置高度为0.1m。

8) 首部舱室, 包括艏尖舱、艏空舱以及水手长储藏室的报警声光信号要求与货舱主报警信号的声光显示方式相同 (而不是与货舱预报警信号相同) 。

9) 声光报警信号按照《The Code on Alarm s AND Indicators, 1995》规范设置。

10) 传感器的精度范围±100m m。

11) 压水舱室的越控功能当水面下降到预报警以下时自动取消。

12) 在装置中需要设置0~99s的延时, 以消除错误报警。

13) 尽量靠近中线 (多数船级社解释为左右舷第一档位置) , 或者左右舷各一套。

14) 不影响其他手动测量管或者液位遥测管的使用。

15) 安装位置易于维护和保养。

16) 安装其上的滤网要在装货前可以清洁。

3 货舱进水报警系统传感器在实船上的选型

以9货舱好望角型散货船为例, 由于声波、超声波探测型价格较高, 散货船一般很少选用, 而在磁性浮子开关探测型, 压力变送器探测型, 电极探头探测型三者之中选择。

1) 货舱的进水报警传感器选型:

货舱区域, 因装载货物, 不适用有活动元件的磁性浮子开关探测型。而货舱因需要在0.5m和2m处分别报警, 电极探头探测型由于需要与进水直接接触, 从而需要布置两个传感器, 分别敷设两路电缆, 成本较高。所以应该选择压力变送器探测型, 根据实际安装零位高度, 分别设置0.5m和2m处报警。

此外选用压力变送器探测型还有两个有利之处, 一是可以连续显示货舱进水的高度, 二是在船舶装卸货或向6号货舱 (风暴压载舱) 压水时, 可以实时读取压水高度。

此处需要特别注意的是9号货舱 (最靠近机舱的货舱) 处的传感器, 因安装面在货舱反侧, 即机舱内, 要特别注意机舱内管路不可影响该传感器的安装及后期的年度测试和维护等工作。

2) 艏尖舱的进水报警传感器选型:

艏尖舱选择上述三种传感器都可以, 但考虑到降低成本, 最优选择为价格便宜安装简便的磁性浮子开关探测型。

需要注意的是提前根据舱容表计算出该舱10%舱容的高度。

3) 艏空舱以及水手长储藏室传感器选型:

同艏尖舱一样, 此类舱室也最适宜选择磁性浮子开关探测型。

4 结束语

散货船货舱进水探测报警系统虽然原理简单, 但却是船舶安全航行重要保障, 对船舶非常重要, 实船布置时要严格遵守SOLAS公约及IMO MSC.188 (79) 决议中的相关规定, 并充分考虑该系统哦安装位置, 对传感器、电缆和接线盒等采取必要的保护措施。

此外根据实船需求, 合理选型, 降低船舶建造和运营的成本。

参考文献

[1]MSC.海上安全委员会145 (77) 决议, 2003.

报警探测系统 篇7

关键词：FTA,最小割集,定性分析,定量分析,底事件重要度

0 引言

在电力、电子、仪器仪表、石油化工以及航天航空等领域,如何消除隐患、控制系统安全性和可靠性备受关注[1]。为保证系统安全运行,就要找出导致控制系统发生故障的全部因素,然后逐步分析,得出结论,消除隐患,才可进行有效预防以减少事故发生[2]。

制药厂生产车间使用工业气体探测报警器监测可燃气体和有毒气体浓度是否在规定的安全范围之内,如果超出范围,主控室报警控制器便会报警[3,4]。若控制系统失灵就会带来严重后果,对工人生命造成重大危害,对企业财产造成重大损失。本文通过故障树分析法对控制系统以往发生的故障进行分析,以工业气体探测报警系统为建模对象,总结出有效的预防方法,以提高可燃气体检测报警器的可靠性[5]。

1 FTA

1.1 FTA简介

故障树分析法(FTA)是一种自顶向下识别系统故障的方法,由贝尔实验室的H A Watson于1961年提出,作为研究控制系统发生某一故障时建立的一种倒立树状逻辑因果关系图。通过使用算术逻辑推理,对控制系统出现故障的各种因素层层分析,找出最小割集,确定控制系统发生故障的各种因素组合方式以及发生概率,计算出控制系统发生此故障的概率,提供预防方式,以提高控制系统的可靠性[6,7]。

1.2 FTA特点

与其它模型相比,故障树模型能更好地分析和预防控制系统故障,其有两种分析方法:①定性分析:找出顶事件所有可能发生的故障模式,求出故障所有的最小割集(MCS):②定量分析:由控制系统各部分失效的概率求出系统失效概率,求出事件的结构重要度、概率重要度和关键重要度,最终根据所求底事件重要度大小排序,给出最佳故障诊断和维修顺序。

1.3 故障树图符号

故障树中使用的每一种符号都有特殊含义,见图1。①矩形符号表示事件或最终故障即顶上事件;②或门符号表示有两种及以上事件中任何一种事件发生都有效;③与门符号表示两种及以上事件共同发生时才有效;④圆形符号表示基本故障也就是在故障树图中的底层事件。

1.4 故障树分析法建模步骤

步骤如下:①熟悉所分析的控制系统,详细了解控制系统各部分参数;②对控制系统出现过的各种故障进行调查并统计分析;③确定故障树模型的最上层事件也就是顶上事件;④调查与顶上事件所有相关的原因事件;⑤通过软件绘制事故树图形;⑥通过对事故树的定性分析,找出一切可能引起顶上事件发生的基本事件组合,求出最小割集。通过最小割集的定性比较对故障树底层事件进行重要度排序;⑦通过对事故树的定量分析,运用基本事件发生概率求出顶上事件发生的概率以及底事件重要度,判别底事件对顶上事件的影响程度并进行排序;⑧由定性和定量分析结果,制定有效的预防措施以及改进措施。

2 工业气体探测报警系统

工业气体探测报警系统由气体报警控制器和气体探测器以及通信部分组成。气体报警控制器放置于值班室,主要对各监测点进行控制。可燃气体及有毒气体探测器安装于气体易泄漏地点。气体探测器的核心部件为内置气体传感器,可有效检测出可燃气体以及有毒气体浓度,可将检测到的气体浓度转换成电信号,通过线缆传输到报警控制器。可燃气体和有毒气体浓度越高,电信号越强,当气体浓度达到或超过气体报警控制器设置的报警点时,气体报警控制器发出报警信号,并启动电磁阀、排气扇等外联设备,自动排除隐患,气体探测器和气体报警控制器之间的通信采用抗扰能力强的RS485[8]。

3 FTA应用

通过对工业探测报警系统发生的相关事故记录以及故障总结,确定控制系统报警失效为顶上事件。造成顶上事件发生的原因主要是气体报警控制器、气体探测器以及通信部分中的某一部分或者全部发生故障。上述3种原因作为中间事件,依次对造成中间事件的原因进行排列,组成基本事件,包括设备采集故障、电源故障、数据转换故障等,建立故障树图,见图2。

3.1 故障树定性分析

故障树定性分析主要是找出一切可能引起顶上事件的基本事件,这些基本事件的集合定义为割集。在割集集合中,任何一个可能引起顶上事件必然发生的基本事件称为最小割集。最小割集中只要有一个不发生,则顶上事件就不会发生。

由图2可知故障树基本事件由X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X14组成,中间事件由M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8组成。顶上事件用T表示。通过故障树模型中的上行法自上而下依次写出逻辑公式,求解出故障树的最小割集。

最终得到12个最小割集:

最小割集结构度函数:

假如在故障树中有n个最小割集,记为N=(N1,N2,N3,N4,N5,.......Nn)。在任意时间t,故障树的结构度函数可表示为:

最小割集的定性比较规则:①在故障树图中,阶数越低的最小割集底事件比阶数高的最小割集底事件重要;②阶数越小的最小割集在故障树中越重要;③在同一阶数的最小割集中,出现故障次数多的底事件重要。

通过使用最小割集定性比较规则和建立结构度函数,对故障树底层事件进行重要度排序,重要度大小顺序为:

通过定性分析结果可知,在工业气体探测报警系统所出现的所有故障中,数据采集设备出现故障导致整个系统的安全性和可靠性很低。当现场的可燃气体和有毒气体浓度超标时,传感器不能采集数据,不能通过通信设备传送到主控室的气体报警控制器中,控制器不报警,工作人员误以为现场气体浓度在正常范围内。其次是数据转换故障:当采集到的数据不能转换成数字信号或电流电压信号时,控制系统也会失效。通信失效会使控制系统的安全性和可靠性降低。气体探测器和气体报警器供电电源出现故障会导致控制系统失效,若工作人员发现不及时则可能发生重大事故;气体报警控制器芯片内存因长期记录数据而造成存储空间不足,会使控制系统维持在一个正常或报警状态,造成工作人员误解;只有长期在极端恶劣的天气状况下,温度设备才会出现一些小故障,但温度也是必不可少的底事件[9]。

3.2 故障树定量分析

定量分析主要是通过底事件发生概率来计算顶上事件发生概率,通过重要度计算判别底事件对顶上事件的影响程度进行排序。

由于气体探测报警系统的安全性和可靠性程度比较高,各部分元件的失效概率远远小于0.1,因此可认为两个以及两个以上故障不会同时发生,相互之间为互斥事件。假设任意一个底事件Xi发生的概率为0.001,顶上事件的概率为Pr(T),则:

最小割集失效概率分别为:{X1,X2}={X8,X9}=0.001×0.001=0.000001

3.3 底事件重要度计算

重要度是指系统中各个部件发生故障时对系统发生概率的贡献程度,重要度分为概率重要度和结构重要度。

(1)概率重要度指底事件发生的概率引起顶上事件发生概率的变化程度。顶上概率为Pr(T),故障树有n个底事件,每个底事件发生的概率为Fi,i=1,2,……,n。则第i个底事件概率重要度定义为。

工业气体探测报警系统出现故障的14个底事件发生概率以及顶上事件发生概率得到的底事件概率重要度数据见表1。

通过故障树的定量分析得出顶上事件发生的概率,根据计算得到底事件的概率重要度和结构重要度,判断哪些故障发生对系统的可靠性影响更大。

4 结语

通过对工业气体探测报警系统顶上事件建立事故树进行定性分析和定量分析,为提高系统可靠性,对气体探测器中的数据采集设备和气体报警控制器中的数据转换接口进行经常性测试,以此确定是否正常工作[10]。对气体探测器和气体报警控制器之间的通信部分进行周期性检测,确保不受外界环境影响。整个系统供电设置两个备用供电系统,防备系统断电影响设备运行。为确保设备不受外界温度影响,可在设备放置地点安装空调来调节温度。

参考文献

[1]丁辉,靳江红,汪彤.控制系统的功能安全评估[M].北京:化学工业出版社,2016.

[2]胡昌华,许化龙.控制系统故障诊断与容错控制的分析和设计[M].北京:国防工业出版社,2000.

[3]GOBLE W,CHEDDIE H.Control system safety evaluation and reliability[M].US:ISA,1998.

[4]李岳峰.功能安全国家标准研究[D].杭州:浙江大学,2007.

[5]周宁,马建伟,胡博,等.基于故障树分析的电力变压器可靠性跟踪方法[J].应用研究,2012(19):25-26.

[6]朱继洲.故障树原理和应用[M].西安:西安交通大学出版社,1989.

[7]刘东,张红林,王波,等.动态故障树分析法[M].北京:国防工业出版社,2013.

[8]海涛.传感器与检测技术[M].重庆:重庆大学出版社,2016.

[9]史艺.通信仪器仪表理论与实践[M].武汉:武汉大学出版社,2012.