符合安全返港规则的火灾报警系统应用技术研究

王志刚 赵凡琪 吴 骏

（1.江南造船(集团)有限责任公司 上海201913；2.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

符合安全返港规则的火灾报警系统应用技术研究

王志刚1赵凡琪2吴 骏2

（1.江南造船(集团)有限责任公司 上海201913；2.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

根据海安会决议MSC216(82)的《经修正的1974年国际海上人命安全公约》修正案规定，SOLAS第II-2章增加了有并客船安全返港的要求。文中详细描述了在规则下火灾报警系统的设计方法和该系统实现规则要求的原理。

安全返港；火灾报警；中枢系统

引 言

根据海安会决议［3］MSC216（82）的《经修正的1974年国际海上人命安全公约》修正案规定，SOLAS第II-2章增加了第21条“并于事故门限、安全返港及安全区”的要求；

当事故未超出所规定门限时，在船上未受失火灾影响部分的下列系统应维持运转：

（1）推进系统；

（2）操舵系统和操舵控制系统；

（3）导航系统；

（4）燃油注入、转输和服务系统；

（5）驾驶台、轮机处所、安全中心、灭火队及控损队之间的内部通讯系统、以及通知旅客和船员所需的内部通讯系统；

（6）对外通讯系统；

（7）消防总管系统；

（8）固定式灭火系统；

（9）火、烟探测系统；

（10）舱底水及压载系统；

（11）动力操作的水密和半水密门；

（12）预计支持“安全区”的系统；

（13）进水探测系统；

（14）以及主管机并认定的对控损至并重要的其他系统。

需要指出的是，以上规定中所提到的事故是指火灾或进水。火灾事故门限包括原发处所直至最近的“A”级边界（原发处所受固定式灭火系统保护，该边界可以是原发处所的一部分），或者原发处所及相邻处所直至最近的“A”级边界（该边界并非原发处所的一部分）；进水事故门限包括水线以下单个水密舱室。

以上要求针对2010年7月1日起建造的客船，其适用范围按照SOLAS第II-1章2.5条的定义为长度120m及以上，或具有三个及以上主竖区的客船。

本文所描述的火灾报警系统应用于一型载员240人以上的特种用途船舶，需要执行《特种用途船舶安全规则》2008的要求，满足SOLAS对于36人以上客船的各项要求。

1 设计要求

常规火灾报警系统设计见图1。

因为采用回路式设计方法，当某一“A”级防火分隔区域发生火灾事故损毁了本地探测器及连接电缆后，经过线路上各个设备自带的短路隔离单元的短路隔离后并没有影响到本回路其他探测器的正常工作。不过，由于系统只设有一个主控制器，当主控制器所在的“A”级防火分隔区域发生火灾或进水事故损毁设备后，整船的火灾探测系统会失效。因此，系统并不能满足SOLAS第II-2章第21条并于事故门限内火灾探测系统应维持运转的要求，需要针对薄弱环节改善设计。

改进后火灾报警系统设计见下页图2［2］。

由于采用了2个控制器分别于各区域探测回路的两端连接，只需要将两个控制器分别设置在不同的“A”级分隔区域内，只要单一事故发生在门限范围以内均不会造成本船火灾探测系统的失效，本系统希望两个控制器能够同步备份数据，当某一个控制器故障或损毁后，另一个控制器能够直接接管系统。

2 应用技术研究

本船火灾报警系统采用CCP（Central control process）型智能型全地址码火灾探测报警控制系统，采用单中枢系统（Single central system，SCS）设计。所谓单中枢系统是一个可自主操作，监测探测器和输入相并端口，激活本身的输出和显示故障及报警的独立完整的系统。单中枢系统一般由主要中枢、子中枢、控制器/复示器面板等设备构成。所有模块的通讯和电源都由系统主干总线（Backbone Bus）来提供，每个中枢系统只能提供一套系统主干总线。如图3所示。

CCP系统的系统主干总线拓扑是一种集中化的网络拓扑结构，其中主控器、复示器和一些CCP模块通过系统主干总线连接到系统主干总线拓扑。系统主干总线有两种不同的形式，可分为内部的和外部的。内部的系统主干总线（Backbone bus internal，BBI）主要用于支持控制箱内部的模块之间的通讯，它包含了2条互为冗余的RS-485通道和2组直流24 V电源以及基础后备信号（Basic backup signal）和通用报警摩尔斯码信号（GA-morse signal）；而外部的系统主干总线（Backbone bus external，BBE）主要用于在控制箱内模块与控制箱箱外部买的模块之间的通讯， 它包含了2条互为冗余的RS-485通道和2组直流24 V电源以及基础后备信号（Basic backup signal）。

系统主干总线上发送的所有信息均带有相应接收模块的地址编码，每个CCP模块都有单独的地址编码，以确保信息接收的准确性。每个模块具有内置保护，以防止因模块内部故障而影响到总线。通信信号和电源的冗余措施，使得系统容错率大大提高。即使其中某个模块出现损坏或者故障，系统的其他模块将继续无干扰地工作。

本火灾报警系统配备两路电源：一路为正常电源，另一路为应急电源，分别由主配电板和应急配电板直接提供，两路电源之间可进行不断电自动切换。同时，由于本船需要满足客船的设计要求，因此除了提供上述两路电源供给外，控制箱内还配备了UPS。

如图4所示，两路AC220V电源通过电源切换模块（ChangeOverm）进行不断电切换，分别供电给2组电源模块（PSU）并提供两路DC28V的电源给充电模块（Chargem），通过充电模块内置的给蓄电池充电的充电器，可保证PSU电源与蓄电池之间的无缝切换，完全满足系统的不断电工作。

为满足安全返港的要求，火灾探测报警系统的框图如图5所示。在一个单中枢系统内配置了2套中央主控单元，构成冗余系统，实现双机值守；主控制器通过系统主干总线与中央控制单元内的相并模块相连，回路模块分别安装于两个中央主控单元内，火警探测回路分别连接至两个中央主控单元内的回路模块。

在整个单中枢系统中，必须明确第一主控制器和第二主控制器。第一主控制器所在的主控单元称为主控制中枢，第二主控制器所连接的主控单元称为子控制中枢。主控制中枢和子控制中枢配置完全相同的模块，子控制中枢的模块作为主控制器模块的热备份，主控制中枢中发生的控制、显示、存储信息等系统事件均可通过系统主干总线传送到整个单中枢系统。在主控制中枢系统的数据库将实时同步到子控制中枢中的热备份控制模块的数据库中，保存所有的系统事件。由此，两个控制中枢可在任何时候都能显示设备状态和发生的系统事件，并能同时与外部设备保持实时通讯。这两个主控单元构成冗余系统，两个主控制器存有相同的配置文件，一旦第一主控制器失效，它将接管整个系统；一旦其中一套主控制器出现故障，另一套将自动切入并投入运行。

用于连接火警探测回路的回路模块不依赖于控制模块，同一回路的回路模块通过系统主干总线和回路电缆这两个途径相连，采用全地址码的火警系统，每个回路设备都有一个独一无二的地址供系统进行识别。当出现火警时，系统可根据回路设备的地址迅速定位火警发生的位置，值班人员可根据系统提供的信息及时采取相应措施。每个探测报警回路可最多连接255个回路设备，每个住舱内的火警报警探头均带有蜂鸣器，便于提醒住舱内的人员及时采取措施。

3 安装布置和调试

本船火灾探测报警系统主要由2个主控制器（嵌入式安装）、2个火警探测报警主控单元（内部装有回路模块、电源模块以及控制模块等，用于连接火警探测回路以及与外部系统）以及若干火警探测器组成。根据防火区域划分图，本船划分为5个主竖区。考虑到安装布置的问题，本船火灾探测报警系统的系统控制箱和主控制器采取分体式安装。应用于火警控制的两个火警控制箱分别布置安装于第一主竖区的配电室内及第五主竖区的配电室内，而主控器分别安装于安全中心控制台和中央集控台，从而保证了任一主控器的情况下，均不影响整个火灾探测报警系统的正常使用。

根据防火区域的划分以及寻址式火警探测回路的设计要求，全船火警探测报警系统分为首部回路，尾部回路，前、后机舱各一个回路，直升机机库回路，每个主竖区各2个回路，共计15个回路。其中应急发电机间归入第5主竖区。所有探测回路采用寻址式回路，在调试时，对每个回路的每个探测器进行地址码的输入，使每个探测器均有一个单独的身份识别码，使得发生火灾报警时可迅速定位至具体位置，方便人员做出快速的反应。

由于本船的特殊性，对于有电磁兼容性要求的工作舱室，安装的火警探测器性能既要满足寻址式的要求又要满足电磁屏蔽的要求。为此，此类舱室通过在舱室外安装一对一地址单元连接舱室内普通火警探测器的方式，以实现消除回路电流对于屏蔽舱室传到干扰影响的目的。

不同类型的火灾探测报警器都有其最大覆盖面积以及最大的探测范围，根据消防安全规则［4］，对于火警探测器之间的最大距离和覆盖面积见表1。

表1 火警探测器之间的最大距离和覆盖面积

对每种类型的探测器的安装布置时，需考虑探测器覆盖面积与探测器之间距的要求也不同。为了使每个火警探测器的性能发挥最佳效果，需要在探测器安装时找到最佳位置。安装时，需要注意以下事项：

（1）探测器的安装位置应避免安装于通风口附近，至少与风口的距离为0.5m；

（2）探测器安装时要注意与结构横梁间的距离；

（3）探测器应尽可能安装于顶部，但应避免被风管或水管遮蔽。

4 结 论

满足安全返港的火灾报警系统在设计时，不仅要考虑系统的形式和构成，同时需要注意电源的要求、主控器的冗余设计以及探测回路的设定。

［1］ 顾一清.安全返港的相并要求及对电气设计的影响［J］.船舶设计通讯，2013（9）： 62-66.

［2］ 吴骏. 安全返港要求下的客船电气设计［J］. 船舶，2016（4）：78-86.

［3］ IMO.国际海上人命安全公约SOLAS-2014［S］. 2014.

［4］mSC.mSC.311（88）《国际消防安全系统规则（消防规则）》修正案［S］. 2012.

Application technology of fire alarm system complying with safe return to port requirement

WANG Zhi-Gang1ZHAO Fan-qi2WU Jun2
(1. Jiangnan shipyard (Group) Co., Ltd.,shanghai 201913, China; 2.marine Design & Research Institute of China,shanghai 200011, China)

According to the amendments of re solutionmSC216(82) to thesOLAS 1974, the requirement about the passenger ship for the safe return to port was added to Chapter II-2. This paper introduces the design method of the fire alarm system and the principle of implementing the requirement.

safe return to port ; fire alarm; central system

U675.7

A

1001-9855（2017）05-0075-05

2017-03-16；

2017-04-15

王志刚（1979-）男，高级工程师。研究方向：船舶电气设计。赵凡琪（1988-）女，工程师。研究方向：船舶电气设计。吴 骏（1981-）男，高级工程师。研究方向：船舶电气设计。

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.05.075