簡論自動報警系統的穩定問題

　　在一個自動控制系統中，整個系統的穩定是必要條件，這個必要條件的有無，是決定其能否正常工作的首要問題。就是說一個自動控制工程能否實現系統的穩定，是能否進行正常運行的基礎。在實時系統中運行好壞顯得特別重要。
　　我們在消防自動報警系統的延伸、擴展和改造中，出現了一些影響設備穩定運行的態勢，通過對整個系統的測量、實驗、逐步拆除負載設備等工作環節，出現了一些具有代表性的情況，發現了一些問題，通過分析和實際操作，使問題得到了解決，這些情況我認為在弱電控制系統的設備增加時，或系統的功能延伸時，都具有代表性和可借鑒性，通過對問題的指導和解決，總結出一些規律性的東西，與大家共同學習討論。討論的問題是：如今新舊建筑群在一個地區的情況很多，就其供電接地方式也大致有兩種，原來舊建筑群的方式是3相4線制的TN-C接地系統。現在的新建的方式筑群是3相5線制的TN-S接地系統。如果，一個弱電系統需要跨接這兩個供電系統時，會出現什么情況？再則，當兩個系統混合存在時，又將對于整個弱電系統有什么樣的影響？這可能是在新舊供電系統并存的今天，我們的施工人員和安裝單位能夠碰到的帶有普遍性的問題。
　　我們現在使用的消防報警系統，是采用美國愛德華(Edwards)公司開發生產的EST3智能自動報警控制系統，在04年4月通過北京消防局的驗收，在幾年的使用中整個系統穩定、報警準確及時，較好的完成了安全保障任務。

1 出現問題
　　08年在區域內建筑面積擴充的情況下，相應的消防報警設備也需要增加，現在正在使用的消防自動報警系統中，需要在另外一處增加第二個終端包括設備和功能。具體的方案是：在報警控制機環路上，必須增設一部EST3報警控制機，而且這臺EST3報警控制機，還要連接另外一臺圖形工作站，作為值班人員人機對話的設備，同時支持一臺打印機，用于整個系統內各種事件發生的記錄設施，而且第一個終端使用的硬件直接啟動大型設備的控制臺，及其控制功能也要延伸到第二個終端的設備設施中去，此種配置使得整個系統里第二終端的功能十分強勁和完善。
　　在10月20日系統內增加的設備安裝調試完工后，當工程人員接入排煙風機、消防水泵的直接啟動面板時，就發生了整個系統不穩定地報出接地故障的情況。我們知道此EST3報警控制機報出的這種故障，回路接地時報警控制機一定會報出這個故障，可是如果回路沒有接地的故障但是有干擾時，也同樣有可能報出這類故障。事實上這個情況在出現不久后就自動消失了，我們也不好當時就作為一個事情去處理，設備設施比較正常的運行到12月3日，整個系統就突然出現了有5條回路頻繁報出接地故障的局面，此次故障不再自行消失，而是一直持久恒定的報出回路接地的故障。

2 采取措施
　　全面檢查整個系統，并且斷掉出現了故障的5條回路負載后，系統恢復正常，接入負載時故障頻發，使用三用表測試斷開后攜帶負載線路時，發現存在2～4伏左右不穩定的干擾電壓，如果我們一直搭接測試表筆，則這個電壓將逐漸減弱，當時的修理人員認為，這五條回路中一定有問題，先后選擇了其中的兩條回路反復查找歷時兩天，出現的情況是干擾電壓始終有，線路上的問題沒找到，線路上的控制負載不能接入系統的局面，而此刻維修人員的錯誤在于，只注意局部線路和負載上面的問題，忽略了對整體供電情況的分析。

3 回顧與記錄
　　在03年9月當EST3報警控制設備改造到1211氣體滅火系統時，也出現了類似的情況，當時的實驗結果是：由系統內的24伏電源接入控制模塊時（EST3報警控制設備的控制電源），則整條回路就報出這類故障，如果使用電池供電則整條回路就不報出這類故障。我當時提出了可能與接地情況有關，于是全面檢查了1211氣體滅火設備的接地情況，和噴放時的系統連接情況，發現1211氣體滅火設備使用系統內的24伏電源控制時，則整條回路就報出接地故障，噴放設備的連接是：電爆管的負極接系統的地線，正極連接24伏的正極，不噴放時正極連接的24伏沒有輸出，噴放時正極連接的24伏有輸出。經過實驗在沒有接電爆管的正極連接頭時，系統不報出接地故障，只要一連接正極連接頭，系統在10分鐘到20分鐘之內就會報出接地故障。當時解決的辦法是；EST3報警控制系統內的電源驅動繼電器，繼電器的外接點驅動系統外的另一組電源，保障完成噴放設備的驅動功能，至此問題得到了圓滿的解決，這樣做我稱之為“驅動電源隔離措施” ，歷史上曾經出現過的這個情況與現在的現象有些類似。

4 想象與問題的分析
　　根據現象和結果我考慮到可能與供電的方式有關。經過調查確定；現在第一終端和四個EST3報警控制機地處在原來地段，使用的供電系統是3相4線制的TN-C接地系統。相線是A、B、C保護零線是PEN線，這種情況在PEN線上有工作電流通過，PEN線在進入用電建筑物處時要做重復接地；而且三相四線制就是動力負載和照明負載共用－根零線。
　　第二終端和第五個EST3報警控制機，是地處在新擴展的地段內，使用的供電系統是在3相5線制的TN-S接地系統,相線A、B、C，零線是N線，保護接地線是PE線，N線中有工作電流通過，PE線平時無電流（僅在出現對地漏電或短路時有故障電流）。
　　而系統內的EST3報警控制機是一級計算機控制，多機系統組網時，最好要共同使用一個地線，這樣整個系統才能夠正常穩定的運行，經過實驗發現在TN-C接地系統中的EST3報警控制機系統內，連接使用的圖形工作站，可以直接使用TN-S接地系統內的220V電源穩定的工作，這個圖形工作站，是使用232接口與EST3報警控制機連接的。上邊提到的改造1211氣體滅火設備的情況是：原來的老系統CS100消防報警滅火系統，是由瑞士CERBERUS CO.生產，集防火監測、氣體滅火噴灑功能于一體的專用設備，其技術水平是上世紀80年代的產品，使用的是兩級計算機控制，在第一級的計算機系統使用的是CZ10控制機，控制點的容量小，共地的要求不嚴格，而且不存在TN-S接地系統，它負責巡檢、采集、處理、控制、傳輸功能，上級計算機系統是CS100消防報警滅火系統，它集連在消防中心，實現集中監控的功能。系統內沒有接地故障的報警條款，只有回路報警的條款（其他論文中有論述），因此在接入1211氣體滅火設備的時候，不需要使用“驅動電源隔離措施”，整個系統就可以正常工作。此刻我們發現在兩個不同的消防自動報警和控制系統內，使用不同的控制機，針對同一個控制設備設施時，當其系統的接地情況與整個系統不盡相同時，就需要采取不同形式的抗干擾穩定措施予以應對。
　　現在使用的EST3報警控制機的情況與之大不相同，EST3報警控制機的功能從某種角度看，已經全部代替了CZ10控制機和CS100的功能，它一臺報警控制機的容量是CZ—10的6.25倍，報警回路控制線的長度也增加了不少，監控的面積和規模擴大了許多，具備的功能也比較全面，至此整個系統對于接地情況要求也比較高。圖形工作站只是人機對話功能的擴展，因此實際上現在的EST3報警控制機系統是計算機控制加輔助圖形顯示的自動報警控制系統。
　　我全面分析了當時的情況：報出接地故障5條回路的分布情況是：A棟有2路、G棟有1路、D棟有1路、L棟有1路，A棟安裝有大型的排煙風機6臺，G棟安裝有大型的排煙風機2臺，消防水泵等的及其控制線路、報警線路、PEN線等，都是同路、同槽、同管、同接地敷設的，或者是借路敷設的其中D棟的1路和L棟的1路就是借路的情況，這在客觀上就形成了，在第二終端處接入排煙風機、消防水泵的直接啟動面板時，如果造成PEN線和PE線的混接，最近的回路將首先遭受到干擾之局面。
　　對此這個EST3報警控制機系統在多機聯合工作時需要組成網絡系統，事實上在網絡設計的時刻就考慮最好使用PE線接地，但是在03年消防系統更新改造時，第一終端及其所轄的地段內的供電系統中沒有PE線，只有PEN線，至此當時只能使用PEN線。而現在的第二終端及其所轄的地段內的供電系統中沒有PEN線只有PE線，我考慮到施工人員是否將從第一終端EST3報警控制機系統，引到第二終端的EST3報警控制機的PEN線，與其地段內的PE線相互連接，造成了系統內的干擾因素，經過查找得知，確實是兩個接地系統混接了，我們將混接的連接處斷開。又考慮到前面提到的“驅動電源隔離措施”的情況，如果原來是在第二終端附近引入的24伏控制電源屬于TN-S系統內的電源，在沒有采取這個“措施”的情況下，就直接去控制在第一終端及其所轄的地段內的TN-C系統的排煙風機、消防水泵等設備，必然要出現干擾的問題。因此，第一種方法是；將TN-C系統內的24伏電源引到第二終端及其所轄的地段內進行驅動控制。第二種方法是；也考慮使用“驅動電源隔離措施”，就是將其TN-S系統內的電源控制中間繼電器，而繼電器的外接點，控制TN-C系統內的24伏電源，由這組TN-C系統內的24伏電源，直接啟動控制在第一終端及其所轄的地段內的TN-C系統的排煙風機、消防水泵等設備就有可能成功，但是第二種方法我們沒有具體的實驗。
　　總之，如果不是使用同一個系統內的驅動控制電源驅動大型設備，那么整個系統就不會長期穩定的運行，我們使用的是前一種方法，工程實施后則整個系統實現了持久穩定的運行。

5 結束語
　　消防自動報警系統在擴展的時候，當需要跨越不同的供電接地系統時，會出現干擾的問題，我們在擴展施工設計時，就必須要全面考慮到抗干擾的措施，原則就是PEN線和PE線不能混接，PE線和N線不能混接， N線和PEN線不能混接，同時在連接使用大型設備設施的驅動電源問題上，最好執行本系統內的電源控制本系統內的設備的原則，如果需要跨系統控制時，要采取“驅動電源隔離措施”的適用法則。
　　針對消防自動報警系統出現的這些干擾情況，也促使我們進一步想到，不僅僅是FAS系統會存在這個問題，各個行業內的專家會進一步的推斷出，當SAS系統、BAS系統跨越不同的供電接地系統時，可能也會出現這種情況。但是出現的方式、局面和結果都可能不盡相同，但是根本的原因可能還是這個問題。
　　推斷如果其他的弱電報警和控制系統，面臨到類似系統擴展、設備增加、終端擴充等工程時，在涉及到新舊供電系統的具體情況時，都要充分全面的考慮到這些干擾因素之影響，否則就可能在其自動控制系統中造成干擾問題，在報警系統中也可能出現不穩定的問題。
　　我也考慮到當第一終端及其所轄地段內的供電的形式，如果也改成了3相5線制的TN-S接地系統,那么我們的這個消防自動報警系統又會出現什么情況，先后不同時期完成的兩個TN-S接地系統是否能夠直接連接？連接后又對弱電報警和控制系統有什么影響？連接我們現在使用的兩個供電接地系統，導線截面積的參數之如何選擇？只有在實驗和實施取得圓滿成功后才能得知，這是我今后繼續關注的問題。