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随着我国现代化建设的发展，各种类型工业建筑建设正在加快发展，在建设过程中，尤其是对火灾的防范越来越被人们所重视。近年来国家消防法已颁布和实施了相关的法律法规，工程建设中对火灾的防范被提高到法律的高度。对消防系统要求贯彻的“防消结合，以防为主”的原则又标志着火灾自动报警系统将扮演更加重要的角色。从１９世纪４０年代到２０世纪９０年代，火灾自动报警系统的发展，从最初感温探测技术报警产品问世到感烟探测技术的成功，从多线制传统的报警系统发展为２０世纪８０年代后期的智能化报警系统、９０年代后期在欧美国家出现的无线报警系统以及空气样本分析系统等，火灾自动报警系统的发展正向着不断降低误报率和探测性能越来越完善的趋势更新和进步。作为工程技术人员如何针对不同工程的特殊性选择合理实用的产品和技术来满足工程的需要，笔者结合为上海赛科项目设计的火灾自动报警系统方案谈谈这方面的体会供大家参考。
１项目概况
上海赛科９０万吨/年乙烯工程是由中国石化总公司、上海石化公司和英国石油公司?ＢＰ?中外双方按５０％投资建设的大型石油化工工程。工程的全部设施将建在位于上海漕泾的化学工业区，共包括乙烯装置、芳烃抽提装置、丁二烯抽提装置、苯乙烯装置、聚苯乙烯装置、聚乙烯装置、聚丙烯装置、丙烯腈装置等八套生产装置以及界区内的公用工程、储运和辅助设施。工程共占地约２０４．１４公顷，估计建成需投资１６０～１８０亿元。该公司承担了其中苯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯三套生产装置和总体工程的设计、采购、施工服务。
２设计方案
赛科项目借鉴了部分国外的工程设计经验，提出了一系列针对工程仪表、控制、信息管理系统的技术要求：
（１）建立企业局域网络?Ｅ－ＬＡＮ?和控制局域网络?Ｃ－ＬＡＮ?。控制局域网络系统包括分配控制系统?ＤＣＳ?、紧急停车系统?ＥＳＤ?、火灾和气体探测系统?ＦＧＤＳ?、安全仪表系统和电力监视系统等；
（２）工程设置一个中央控制室，在中央控制室内设置ＤＣＳ、ＥＳＤ、ＦＧＤＳ等系统操作站和辅助站等人机接口，对装置和公用工程设施进行控制、操作和管理；
（３）装置和公用工程设施将分别设置现场站，现场控制站内设有ＤＣＳ、ＥＳＤ过程控制单元、数据采集及各种机柜、火灾和气体报警盘，采用冗余通信光缆到中央控制室；
（４）火灾和气体探测系统应采用双重或三重冗余系统，应独立完成火灾和可燃性、有毒气体检测、报警和保护功能。
基于这些要求，尤其是在其他工程中一般单独设置的生产工艺流程中可燃性和有毒气体探测报警系统在赛科项目中被要求与火灾报警系统合并统一为一套系统来考虑，同时赛科项目要求所采用的各方面技术要达到国际先进水平等等，笔者最终选择了采用可编程逻辑控制器?ＰＬＣ?和智能型火灾报警控制器组合作为装置内现场系统控制器的方案。
赛科项目共有８套装置，每套装置均包含独立的工艺设施和现场仪表控制室、变配电站。不同装置内的控制系统都需要通过全厂控制局域网为其预留的接口以规定的通讯协议方式与该局域网链接。
在中央控制室内，操作人员可以利用连接在各控制系统服务器上的工作站浏览来自不同装置的控制系统数据，并同时向各个装置控制系统发出指令。以苯乙烯装置为例，在装置内现场仪表站里设置的火灾和气体探测系统，以ＰＬＣ作为最终与局域网链接的系统控制器，主要考虑其可实现冗余的产品特点，而一般的二总线火灾报警控制器无冗余考虑。同时，ＰＬＣ与局域网的链接以及局域网的传输干线、传输设备均以冗余设计。这次方案选用了双冗余ＰＬＣ，ＰＬＣ与外接设备的链接是通过输入输出卡?Ｉ/Ｏ卡?完成的。Ｉ/Ｏ卡共有数字开关量?ＤＩ/ＤＯ?和模拟量?ＡＩ/ＡＯ?两种，该方案中主要选择了模拟量的输入输出卡，主要是考虑它能够分辩和区分来自各种链接报警设备的报警和开路、短路故障。这样做在一定程度上能够弥补ＰＬＣ控制器不能辨别真实火灾和探测器受污染状态而引虚假火灾的不足，降低误报率。
智能型火灾报警控制器则作为系统的分控制器?负责接收装置区内现场仪表站和变配电站内部的火灾探测器报警信号。火灾报警控制器与ＰＬＣ核心控制器之间采用总线通讯方式链接。考虑到这种通讯方式的单一性和火灾报警控制器无冗余功能，通讯的安全可靠性比直接链接到ＰＬＣ输入输出卡低，方案设计又在ＰＬＣ控制器和火灾报警控制器之间增加硬线链接?主要是将火灾报警控制器的故障报警信号直接送到ＰＬＣ?以便在发生故障时尽快采取紧急措施。这样进行ＰＬＣ控制器和火灾报警控制器的组合方法主要是考虑现场仪表站和变配电站内部的安全防护等级基本等同于民用建筑?采用先进的智能火灾报警系统可以发挥其优势，二总线结构方便线路敷设，智能型探测器则可以有效降低误报率。火灾报警控制器收到报警信号并对其进行判断真伪后可以将报警信号上传至ＰＬＣ控制器，这样就起到了过滤误报的作用。
而设置在装置生产区的探测器、报警器?由于其安全等级高于建筑物内部的安全等级，保证其正常稳定的工作是头等大事。而且这些区域又大多属于气体或粉尘防爆区域?探测器、报警器均为室外安装，防护等级也有更高的要求。在这样的条件下，电子产品的设置和安装都比正常环境下有更大的困难，也更容易出现故障和问题。如果装置生产区的报警设备因为故障或其他原因没有正常报警的话，可能会造成巨大的经济损失和严重后果。因此，将装置生产区域内的报警设备直接连接到具有冗余功能的ＰＬＣ控制器报警是非常必要的。除此之外，设置于装置生产区内的消防水系统、喷淋系统、空调通风系统与火灾报警相关的设施中有需送到控制器显示的状态报警信号和需控制器联动的驱动信号均送到ＰＬＣ控制器或由其发出指令来实现。另外，现场用于疏散和报警的警号和报警闪灯也由ＰＬＣ控制器内的输出卡来驱动。对于这些外接输入输出设备，ＰＬＣ的Ｉ/Ｏ卡就相当于总线制火灾报警系统中的输入输出模块，而链接到这些Ｉ/Ｏ卡上的探测器、警报器也必须选用非地址式的传统探测器、警报器。例如防爆区域内设置的手动报警按钮，应选择非地址式的隔爆型按钮，才可以链接到冗余的ＰＬＣＩ/Ｏ卡上。
至于可燃性和有毒气体探测器，在以往单独设置的系统方案中均是直接连接到ＰＬＣ控制器Ｉ/Ｏ卡上进行报警。在赛科项目中，绝大多数气体探测器均设置在装置生产区域内，公用工程设施内部只有极少数几个。考虑到气体检测和报警本身对整个生产过程来说是非常重要的，它是衡量生产装置是否在正常工作的重要手段，如果将公用工程设施内少数气体探测器接入智能型火灾报警系统的话，其能否与火灾报警控制器之间正常通讯也有待考证。
所以本方案中将气体探测器按照全部接入ＰＬＣ控制器来设计。
值得一提的是，在设计方案中还考虑了ＰＬＣ控制器与ＤＣＳ的通讯链接。这条链接的作用是将火灾和气体探测的报警信号及时传送给ＤＣＳ系统，使得ＤＣＳ系统能够将信息及时传递到各个生产和安全控制系统，采取紧急措施。以上便是赛科项目苯乙烯装置火灾和气体探测系统的设计方案。本方案的系统框图见下图所示。
３系统性能比较
本方案有以下几个明显的特点?
（１）突破了以往根据成套单一的火灾报警产品设计的固定思路，整合了总线制火灾报警控制系统和冗余ＰＬＣ的优势；
（２）根据工程中不同区域环境的特点，灵活地选择系统的结构和功能，并运用安全可靠的通讯手段来集成不同结构的系统；
（３）采用了国际上流行的局域网技术、冗余和系统集成等先进的设计思想，为将来对企业各系统的统一管理提供了便利。
推出这样一个设计方案，目的是为赛科项目设置一套安全、可靠、适用的火灾报警系统，同时也希望提供一种火灾报警系统设计新思路，供大家参考。当然，方案本身还存在一定的不足之处?需要有关专家和广大从事火灾报警系统设计的工程技术人员共同探讨，使其不断地更新和完善。 |
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发表于 2010-3-10 13:09
