火灾自动报警系统可靠性分析

　　
　　
　　摘要：分析了关于火灾自动报警系统故障研究方面的文章的不足之处，将“人－机－环”的系统故障分析理念引入到火灾自动报警系统的可靠性分析中，得到了人因失误、探测器和软件故障对系统可靠性的影响最大的结论，并提出了相应的提高系统可靠性，减少故障的方法和改进措施。
　　关键词：火灾；自动报警系统；探测器
　　
　　1引言
　　火灾探测报警系统的功能是当被监测区域出现火情时，第一时间发现并报警，提醒人们意识到危险的存在，迅速采取措施灭火或是选择路线疏散。由于火灾探测报警系统可靠性问题导致的系统故障，已成为重大的安全隐患。实践证明，火灾探测报警系统的频繁误报及故障给使用单位造成了很大的经济损失。因此，全面系统的分析影响火灾探测报警系统故障的各种原因，并采取有效措施预防和控制各种故障的发生，使火灾探测报警系统能够更好的发挥作用，具有重要意义。
　　
　　2以往研究的不足之处
　　对于火灾探测报警系统的故障分析，人们从各种不同的角度去研究，得到了很多研究成果，见参考文献。这些研究存在以下几点不足：
　　（1）对火灾探测报警系统的故障分析集中在系统的设计、安装、维修等方面，忽视了探测报警系统控制器软件原因导致的系统故障。
　　（2）对由于系统设备原因造成的系统故障做了详尽的研究，但没有充分考虑人为因素。
　　（3）对于火灾探测报警系统的故障分析都是从各个片面去分析和研究的，没有上升到系统的高度，分析不够全面，不能使人们对导致火灾探测报警系统故障的因素形成一个全面清晰的认识。
　　
　　3基于“人－机－环”系统的火灾探测报警系统故障分析
　　“人－机－环”系统的可靠性研究是工程领域研究的重点。火灾探测报警系统是处于一定环境之中的人机系统，其可靠性研究应遵循人机工程学等相关学科的理论和原理。
　　3.1人因素对系统可靠性的影响
　　在人、机、环境系统中，人始终是最重要的。人的可靠性是指操作和维修人员对系统的正确工作状态的影响情况。整个火灾探测报警系统的设计、安装、使用和维修，任何一个环节都离不开人的作用。人的一个很小的错误都有可能导致系统的故障。影响人的行为可靠性的因素既有内部的心理、生理和个体等因素，还有外部的人机系统设计的科学与合理问题。
　　3.2设备因素对系统可靠性的影响
　　火灾探测报警系统是由火灾探测器、报警控制器、传输线路等组成的，如图1所示。
　　火灾探测报警系统的故障发生和火灾探测器、报警控制器和传输线路以及A/D转换器都有直接关系。
　　                                
　　其中，火灾探测器的设计、选型、安装以及维修等都会对系统的可靠性有影响，导致故障发生。现在大量投放市场上的探测器并不是个个都能达到送检样品的技术指标。大批生产过程中所用的元器件虽经筛选老化、成品响应阈值标定，但其中并不是100%的合乎标准，并能长期保持稳定。生产过程的不严格，很可能造成探测器在使用场所背景环境条件变化时探测器的性能发生改变。火报警器的软硬件可靠性也是导致故障的主要原因。
　　控制器软件的错误和故障会对整个火灾探测系统的可靠性造成很大的影响。
　　控制器软件的故障类型主要有：①非法转移；②误转移；③死循环；④空间溢出。软件错误的类型大致分为几个方面：①设计不完全错误；②算法错误；③控制逻辑错误；④数据结构错误。
　　导致控制器硬件故障的因素主要是：①硬体电路设计缺陷；②干扰因素。其中对控制器的干扰因素主要有信号通道干扰，电源干扰和空间辐射干扰等。传输线路对可靠性的影响包括系统的接线方式和线路本身的故障。不同的传输线路布线方式、回路的用线量就不同，施工的难易程度也不同。因而，系统的可靠性就会有所不同。火灾探测器和报警控制器之间的传输线路主要是电缆，其主要失效模式有制造、使用或者维护过程中的损伤，以及由振动和运动引起的疲劳。另外，布线所选的电缆和导线等要绝缘，绝缘材料失效的模式有：①截断、磨破、切割等造成的机械损伤；②温度过高造成的烧焦；③动物的攻击。
　　3.3环境因素对系统可靠性的影响
　　环境对火灾探测报警系统的干扰主要渠道就是：传感元件、探测电路和通讯电路及线路。主要的干扰因素有：空间电磁辐射干扰、交流电网干扰、信号传输通道干扰，光线变化、风、气流、昆虫、电磁、高频、静电干扰、雷电、振动、冲击、气压变化、高湿、腐蚀、结冰、污染等。
　　
　　4提高可靠性的途径
　　4.1合理设计人与机和环境的接口，提高人员素质
　　在系统的设计过程中要充分考虑“人－机”，“人－环境”接口的可靠性设计，将不利因素对人行为可靠性的影响消灭在初期。
　　克服人内在因素的不利影响主要是通过培训、激励等来实现。火灾探测报警系统的操作、维护人员要选择那些心理素质好，处理突发问题能力强的人员，经过专门的培训和消防监督机构考试合格后才能上岗。
　　4.2优化系统设计，提高硬件质量，加强维护
　　①探测器
　　a)选用质量合格的产品；b)根据不同的火灾特点和使用环境科学、合理的选型；c)严格按照规范规定进行火灾探测器的施工和安装；d)加强对探测器的清洗和维修。
　　②报警控制器
　　提高控制器的可靠性要从其硬件和软件两部分进行分析。其中，提高软件的可靠性必须在软件的设计、测试和使用维护等每个阶段都采取相应的措施。
　　a)合理选用设计方法
　　在软件的设计阶段，采用合适的程序设计方法十分重要。目前常用的程序设计方法有模块化设计、自上向下设计和容错软件设计等，这三种设计方法都有各自的优缺点。因此，在控制器的软件设计过程中，如何取长补短，合理的选用其中的一种或采用多种程序方法的融合对于提高软件可靠性起着十分重要的作用。
　　b)严格进行软件测试
　　软件测试是检验程序能否在系统所处的各种条件下正确的运行，是保证软件质量的关键步骤。通过软件测试可以检测出遗留的错误等，提高软件的可靠性。
　　c)注重对软件的维护
　　软件投入使用后，由于环境参数的一些变化等原因会造成软件的运行出现错误。因此，在软件的使用过程中加强对软件的维护，及时发现并改正软件的错误，使软件处于正常的工作状态。
　　对于控制器的硬件部分，提高硬件可靠性的途径有：
　　a)选用质量过关的元器件，提高组装质量，达到提高控制器的设计质量的目的；
　　b)抑制各种干扰因素的作用。
　　③传输线路
　　在电缆或传输介质的选择时严把质量关，并严格按照各种规范的规定进行布线。
　　4.3提高系统抗干扰能力
　　虽然各种环境干扰的来源复杂，影响因素多，但任何干扰的形成必须具备3个条件：干扰源、对干扰敏感的接收电路和干扰源接收电路之间的耦合通道。因此各种抗干扰措施的出发点均是堵塞干扰耦合途经，抑制干扰源，提高对干扰敏感电路的抗干扰能力。主要有以下三个措施：
　　①软硬件措施
　　在火灾探测报警系统的安装过程中，正确选型、安装和布线，可以减少不必要的故障。
　　根据报警系统的类型不同，选用传输线路。对于开关量的火灾自动报警控制系统，可采用光电隔离的办法使得开关量传输通道上的干扰信号不至于传送到微机内，提高系统的可靠性。对于模拟量的火灾自动报警控制系统，采用电流传输方式比采用电压传输方式抗干扰能力强。因为干扰噪声虽然有较大的电压幅值，但其能量较小，所形成的电流信号很微弱，干扰电压在传输线上很快被衰减，造成的影响很小，甚至消失。
　　在软件设计中，优化控制器的计算方法降低误、漏报。
　　②良好的接地和屏蔽措施
　　在探测器和报警器的设计过程中，探测器中间要加金属屏蔽层，控制器的外壳之间以及外壳和大地之间都要用导线连接，并确保导线的电阻满足一定要求，使整个系统是一个完整的、连续的导电体。
　　③滤波措施
　　滤波技术主要应用于电源系统和信号传输通道，采用电源线滤波器和在探测器回路线加装共模扼流圈。
　　
　　5结论
　　通过对火灾自动报警系统的可靠性分析，得到下面结论：
　　（1）在导致火灾自动报警系统故障的因素中，人因失误对系统可靠性影响较大。导致人因失误的因素主要是火灾探测报警系统“人－机－环境”接口设计的合理性存在问题以及作为个体人的生理、心理以及训练等因素。优化系统设计，加强对操作人员的培训是减少人因失误的主要途径。
　　（2）设备因素中探测器故障占有很大比例。主要是设备质量和安装施工中违反规程导致的。可以通过合理选型、严把安装质量控制和减少探测器设备的故障。
　　（3）控制器的软件设计也是影响火灾自动报警系统可靠性的重要因素。
　　
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