Fire Alarm Systems with Building Automation and Control Systems
INTRODUCTION
Integrating fire alarm systems with building automation systems can result in many economic and operational benefits. Such integration requires communication standards and careful design practices. BACnettrade; is an internationally recognized communication protocol standard specifically designed for integrating building automation and control systems. Thousands of BACnet systems can be found around the world, and its populari-ty is growing. Newly proposed additions to BACnet make it very well suited for integrat-ing fire alarm systems with building automa-tion systems.
Maintaining the integrity of fire alarm systems when they are integrated with other building systems requires more than just communication standards. Best design practices, appropriate test-ing procedures, and modernized build-ing are also needed.
The technology of building automa-tion and control systems has advanced rapidly over the past fifteen years.
Todayrsquo;s technology provides building owners and designers with a rich assortment of options and flexibility. Powerful personal computer worksta-tions and intelligent distributed con-trollers that process complex algorithms quickly and efficiently characterize state-of-the-art building automation and control systems. These advances have taken place across a variety of building services including heating, ventilating, and air conditioning (HVAC) control systems, lighting control systems, access control systems, and fire alarm systems.
In spite of these advances, building owners have been frustrated by the inability to bid projects competitively and to integrate innovative products made by different manufacturers in ways that best suit the unique needs of their facility. The main obstacle has been incompatible proprietary communication protocols. The adoption of BACnet1 as the standard communication protocol for integrating building control products has changed the industry and opened the door to new innovation in building con-trol technology and true integration of previously isolated building systems.
In the United States, the National Electrical Manufacturerrsquo;s Association (NEMA) Signaling, Protection, and Communication Section (3SB) has endorsed the use of BACnet as the pre-ferred way to integrate fire alarm sys-tems with other building control sys-tems. The National Fire Protection Association (NFPA) is in the process of revising NFPA 722 to address design issues related to integrating fire alarm systems with other building systems. First-generation BACnet fire alarm sys-tem products are already available in the marketplace in the United States and in Europe. These are clear indica-tions of interest in integrating fire alarm systems with other building systems and in using the BACnet protocol as a means to accomplish that goal.
A BACNET OVERVIEW
BACnet is a standard communication protocol developed by the American Society of Heating Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). It has been adopted as a prestandard by the European Community3,4 and has been proposed as an ISO standard. Today there are over 70 companies with registered BACnet vendor identi-fiers. These companies are located in North America, Europe, Asia, and Australia. Commercial BACnet product offerings range from gateways that connect proprietary systems to com-plete product lines that use BACnet as the primary or sole means of communication. There are thousands of installed systems ranging in complexity from a single gateway to very large office buildings with top-to-bottom native BACnet systems, to campus or city- wide systems linking multiple buildings. BACnet products include HVAC controls, lighting controls, access controls, and fire detection systems.
Fundamentally, BACnet, like any communication protocol, is a set of rules that provide a way to exchange information. BACnet was designed and optimized specifically to meet the needs of building automation and con-trol applications, and to convey the data needed by these applications including, but not limited to, hardware binary input and output values; hard-ware analog input and output values; software binary and analog values; schedule information; alarm and event information; files; and control logic. BACnet does not define the internal configuration, data structures, or control logic of the controllers.
BACnet is designed to be scalable from very small, low-cost devices to very large complex systems that may involve thousands of devices and multi-ple buildings located anywhere in the world. It achieves this by combining an object-oriented representation of the information to be exchanged, flexible choices for local area network (LAN) technology, an ability to interconnect local area networks, and an ability to use Internet protocols (IP) to link buildings over wide area networks. The structure of the BACnet protocol and its relationship to the Open Systems Interconnection (OSI) – Basic Reference Model5 is shown in Figure 1.
BACnet represents the information and functionality of any device by defining collections of related informa-tion called “objects,” each of which has a set of properties that further charac-terize it. For example, an analog input is represented by a BACnet Analog Input object that has a set of properties that include its present value, sensor type, location, alarm limits, and others. Some properties are required and oth-ers are optional. A device is represent-ed by an appropriate collection of net-work-visible objects. Once the informa-tion and functionality of a device are represented on the network in terms of standard objects and properties, mes-sages can defined to access and manipulate this information in a stan-dard way. This combination of standard objects and standard messages to access and manipulate their properties makes up the BACnet application layer.
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火灾报警系统与楼宇自控系统
简介
将火灾报警系统与楼宇自动化系统结合可以带来许多经济效益和操作效益。这种集成需要通信标准和谨慎的设计实践。BACnettrade; 是一个国际公认的通信协议标准,专门为集成建筑自动化而设计。在世界各地可以找到成千上万的楼宇自控系统,其普及日益增长。新增的楼宇自控系统非常适合将火灾报警系统与楼宇自控系统集成。
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当与其他建筑系统集成时，维持火灾报警系统的完整性不仅需要通信标准， 还需要最佳设计实践。
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楼宇自动化和控制系统的技术在过去十五年迅速发展。
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今天的技术为建筑业主和设计师提供了丰富的选择。强大的个人计算机工作站和智能分布式控制器，可以快速高效地处理复杂的算法，表征最先进的楼宇自动化和控制系统。这些进步发生在各种建筑服务，包括加热，通风和空调控制系统，照明控制系统，门禁系统和火灾报警系统。
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尽管有这些进步，建筑业主对于无法以竞争方式投标项目，以及以最适合其设施的独特需要的方式整合由不同制造商制造的创新产品感到沮丧。主要障碍是不兼容的专有通信协议。采用楼宇自控作为集成建筑控制产品的标准通信协议已经改变了行业，为建立控制技术和之前隔离的建筑系统的真正集成开创了新的创新之门。
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在美国，国家电气制造商协会（NEMA）的信号，保护和通信部门（3SB）已批准使用楼宇自控作为将火灾报警系统与其他建筑控制系统集成的优先方式。 国家消防协会（NFPA）正在修订NFPA 722，以解决与将火灾报警系统与其他建筑系统集成相关的设计问题。 第一代楼宇自控火灾报警系统产品已经在美国和欧洲的市场上销售。 这些是对将火灾报警系统与其他建筑系统集成以及使用楼宇自控协议作为实现该目标的手段感兴趣的清楚指示。
楼宇自控概述
楼宇自控是由美国采暖制冷协会和空调工程师（ASHRAE）开发的标准通信协议。它已被欧洲共同体3,4作为预标准采用，并被提议作为ISO标准。今天有超过70家公司注册了楼宇自控供应商标识符。这些公司位于北美，欧洲，亚洲和澳大利亚。商业楼宇自控产品的产品范围从连接专有系统的网关到使用楼宇自控作为主要或唯一通信手段的完整产品线。有成千上万的安装系统的复杂性从单个网关到非常大的办公楼，从顶到底的本地楼宇自控系统，到连接多个建筑物的校园或城市系统。 楼宇自控产品包括暖通控制，照明控制，门禁控制和火灾探测系统。
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从根本上说，楼宇自控网像任何通信协议一样，是一组提供交换信息的方法的规则。楼宇自控被专门设计和优化以满足建筑自动化和控制应用的需要，并传达这些应用所需的数据，包括但不限于硬件二进制输入和输出值；硬件模拟输入和输出值；软件二进制和模拟值；日程信息；报警和事件信息；文件和控制逻辑。楼宇自控网不定义控制器的内部配置，数据结构或控制逻辑。
楼宇自控网被设计为从非常小、低成本的设备扩展到非常庞大的复杂系统,这可能涉及到世界上任何地方的数千个设备和多个建筑物。它通过结合面向对象的信息表示方式来交换信息,灵活选择局域网技术,连接局域网的能力,以及使用因特网协议(IP )连接广域网上的建筑物的能力。楼宇自控协议的结构及其与开放系统互连( OSI )的关系如图1所示。
楼宇自控通过定义称为“对象”的相关信息的集合来表示任何设备的信息和功能，每个对象都具有一组属性，以进一步表征它们。例如，模拟输入由楼宇自控模拟输入对象表示，该对象具有一组属性，包括其当前值，传感器类型，位置，报警限值等。一些属性是必需的，其他属性是可选的。设备由适当的网络可见对象集合表示。 一旦在网络上在标准对象和属性方面表示设备的信息和功能，则可以定义消息以标准方式访问和操纵该信息。标准对象和标准消息的访问和操纵它们的属性的组合构成楼宇自控应用层。
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一旦定义了要交换的信息和消息结构，就有必要提供一种将信息从一个地方传送到另一个地方的方法。楼宇自控提供五种局域网技术的选择，以满足这种需求。 由于不同的建筑控制应用必须满足不同的成本和性能限制，因此提供了几个选择。 单一网络技术不能满足所有应用的需求。局域网由OSI模型的数据链路和物理层的组合来定义。楼宇自控中的局域网选项如图1所示。
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第一个选项是ISO 8802-3，更好地称为“以太网”。它是最快的选项，通常用于连接工作站和高端现场设备。第二个选项是现场总线，它以适中的高速或较慢，较低成本的版本。 楼宇自控定义了设计为通过双绞线布线运行的MS / TP（主从/令牌传递）网络。也可以使用梯队的专有通信协议网络。以太网，现场总线和通信协议选项都支持各种物理介质。 楼宇自控还定义了一种称为PTP的拨号或“点对点”协议，通过电话线或硬线EIA-232连接使用。一个关键点是，无论使用哪个局域网，楼宇自控网消息是相同的。这样就可以容易地将局域网技术组合成单个系统。网络层的目的是提供一种实现这种互连的方式。在大型系统中通常在单个系统中组合高速（和高成本）网络与低速（和低成本）网络。这样的系统在图2中示出。图2还示出了楼宇自控具有使用IP实现的广域联网能力。
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原则上，楼宇自控消息可以由任何网络技术传输。 这意味着，未来还没有发明的技术可以在将来用于传送楼宇自控消息，并且它们可以以与当今可以组合多个现有网络技术相同的方式集成到当今的系统中。 这种对当今技术的依赖性是楼宇自控的一个非常重要的特征。
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面向对象结构还提供了一种通过定义新对象和/或新应用程序来向楼宇自控添加新应用程序功能的方法服务。这是为了增加火灾报警系统所需的功能。已经开发了两个新的楼宇自控对象，生命安全点和生命安全区。 生命安全点对象表示单个检测或发出装置的特征。 生命安全区域对象表示生命安全设备的集合或“区域”的状态。 当这些对象检测到报警时，报警状态将锁定，直到执行复位命令。 还开发了一种新的应用服务，其提供了一种重置锁存的警报和使通知设备静音的方式。 所有这些添加剂都是由火灾报警行业协助开发的，并已楼宇自控委员会批准。他们目前正在进行公共审查过程，预计将被批准作为楼宇自控标准的一部分。
关于楼宇自控概念和结构的更多详细信息可以在其他地方找到。在楼宇自控委员会（www.BACnet.org）主要的网页上还有教程信息和广泛的参考书目。
火灾报警信号
指示紧急情况的信号，需要立即行动，如表示火灾的信号。
1 自动水流装置
2 手动火警站（拉站）
3 火灾自动探测器（烟或热探测器）
监督：一个信号,表明需要在警卫巡查、灭火系统或设备或相关系统的维护特点方面采取行动。监督-一个信号,表明需要在警卫巡查、灭火系统或设备或相关系统的维护特点方面采取行动。
1 控制阀的开关
2 高/低压空气开关
3 水箱液位和温度开关
4 公共供水低水压
5 低建筑温度开关
6 报警线阀门位置
故障：指示火控面板或相关线路出现问题的信号,可能导致系统无法正常工作。
1 主要的功率损耗（120VAC）
2 二次功率损失（电池）
3 对启动装置进行监督布线的中断，指示器具或灭火剂释放装置
火灾报警系统的类型
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所有火灾报警系统基本上以相同的原理工作。 如果检测器检测到烟雾或热量，或者有人操作玻璃破碎单元，则警报音响器会操作以警告建筑物中的其他人可能有火灾和疏散。 对于系统保护性能，另外可能的是，火灾报警器将并入远程信号设备，其将通过中心站警告消防队。
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有线火灾报警系统可分为三类，传统的，可寻址和模拟寻址。
常规火灾报警系统
在常规火灾报警系统中,将多个呼叫点或多个呼叫点和检测器连接到区域中的火灾报警控制面板。区域是一个电路,通常会布线每个楼层或火焰。火灾报警控制面板将有一些区域灯。有区域的原因是对火灾发生的地点提出大致的想法。知道火灾发生在哪里的准确性取决于控制面板的区域数量,因此也控制在建筑物内布线的电路数量。然后,控制面板将连接到至少两个可能包含钟、电子桑德斯或其他音频设备的发声电路。探测器电路和探测区域用星型结构连接。每个电路都有一个用于监测目的的线路装置的端部。
photain控制目前使用的20k电阻用于所有音响电路和hr模块的末端,用于其所有常规控制面板的检测电路的末端,除了使用4k7电阻器的pcs800hr面板和pcs1200hr范围之外。
电工火灾报警器的说明
根据保护的危险,火灾警报系统包括几种类型的报警装置。每个人都熟悉的一种类型是手动进站.这些基本上是电气开关,大多数可以在使用后重新设置.从历史上看,这些都是少年青少年喜爱的目标,而自动检测设备在当今市场中的需求更大。
1热探测器
要实施的检测设备类型通常取决于咨询工程师在建造新建筑物之前所做的设计决定。例如,火灾报警设计师通常会调用自动热探测器来补充预作用或洪水系统。对于这些系统类型,除非从热检测装置接收到信号,否则控制喷水嘴的阀不会打开。
最简单的热探测器类型是固定温度单位.火产生的热量激活了这个探测器,它含有一种保险丝,它在特定的天花板温度下快速溶化。该动作导致内部电气触点动作,启动报警信号。温度设置将为这些设备(如喷头),与140˚f是一个良好的呼叫正常条件。
美国小册子《第72号》要求保险和安装这些单位的申请区域,这取决于各种因素,包括天花高度。在没有气流阻塞的光滑天花板时,每个检测器的覆盖面积最大化。您需要在电气设备室的任何检测器上进行防爆接线.
上升速率热量检测器包括一个小的通风孔,允许膨胀和收缩单元内部的空气。当温度变化时,使装置内的空气膨胀得比从气孔中逸出的速度快,在隔膜上施加压力,使电接触。与固定温度热探测器一样,该装置可靠,误报率低.
上升率检测器的优点是,即使位于火源点上方的空间尚未在天花板上达到140度,例如,一旦升温速率超过预定值,它就会启动报警,例如每分钟12˚f。所有用于危险区域的探测器都有一个特殊的标签。
2烟雾侦检器
烟雾探测器可以是一个便宜的选择,通常作为“蓝光特别”在1k。自1960年以来,这些方法通过传感“燃烧颗粒”和烟雾中的某些气体来探测火灾。使用离子化烟雾探测器,设计意图是他们始终“在”。感应室中的电离空气作为两个带电电极之间的导体。但是当烟雾颗粒出现时,空气电导下降。当电量下降足够时,电荷是“关闭的”,并快速发出警报信号。
烟雾探测器的绝对最大间距建议是900平方英尺(不超过41英尺),并且在增加响应时间时小于此。当湿度超过高达90%以上时,离子化检测器将发出虚假警报。不要安装在淋浴门旁边。
一种更昂贵的光电感烟探测器包含一个光敏装置。它并不真正“看”的烟雾,但操作时,有一个变化的光强度(由烟雾造成)。另一种类型的光电感烟探测器有一个移位的光敏接收器,它只发出报警,当烟雾粒子在室内收集时散射入射光,导致光源发出光,然后打击接收器。在这两种情况下,这些单位被证明在具有潜在阴燃火灾的空间非常有效。
有些机房可能装有光电和电离烟雾探测器的组合,其原理是必须在警报系统激活之前操作。由于烟雾消散得不快,烟雾探测器通常是更大的开放房间更好的设计选择。而且,可测量的烟雾几乎总是放在可测量的热量之前,这就是为什么工程师经常要求在建筑物里喷洒喷头和烟雾探测器。
烟雾探测器是过去恼人的虚假警报的来源,尽管今天安装了更新的商业警报系统的滋扰警报,改进了技术正变得越来越不寻常。
3火焰检测器
另一种以虚假警报闻名的探测器是非常敏感的,但很快响应,火焰检测器.您通常会在入住率中找到这些探测器,与气溶胶填充或涂料混合操作,或存在易燃蒸汽或灰尘的其他区域。它们是昂贵的,但在具有爆炸潜力的房间,由于其优越的探测速度。他们能够感知火花、火焰、发光的或其他辐射来源。在这两种类型中,紫外线和红外线,紫外探测器是最快的,使它成为一个危险地区的理想选择,那里可能会发生很快的火灾。这些设备的现场放置对于成功使用至关重要,必须确保大型设备或堆放的存储不会干扰他们的“视线”。
烟雾探测器的绝对最大间距建议是900平方英尺(不超过41英尺),并且在增加响应时间时小于此。
4报警系统
任何火灾报警系统最重要的组成部分是连续监测。与报警启动装置相集成,报警系统是一个生命安全的建筑功能,它同时向当地消防部门发出警报,同时大声通知建筑物内人员立即需要疏散该结构。
许多品种的火灾警报系统——确切地说是6种。其中的两个,当地火灾警报系统和紧急语音/警报通信系统,至少会发出当地警报,通知建筑人员火灾。使用紧急语音/警报通信,乘员还会收到与紧急情况有关的信息和指令。这两种系统类型也可及时通知当地消防部门。
辅助火灾报警系统的报警由城市信号系统接收,用于传输到公共消防通信系统。该社区内的所有受保护属性都与此警报保护信号系统有类似的连接。这种设置与专利站系统不同,这些系统在非常大的工业设施中广泛使用,在一个所有权下包含各种属性。利用该系统,在受保护房地或财产所有人的另一个地点接收和自动记录传输的信号。
中央车站火灾报警系统由传送到由独立公司操作的有人值班的中央车站的电路和设备的操作组成。该公司在监控和维护信号系统和接收到适当的公共消防服务的电源报警信号。除了电信号传输的手段外,这与专有系统很相似。范围相似的是远程站信号系统,该系统将一个或多个地点的信号传输到(由地方当局批准的)远程监测地点,并采取适当行动。信号通过
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