李东旭， 倪可乐

(中信建筑设计研究总院有限公司，武汉 430014)

0 引言

火灾自动报警系统中，其探测报警系统主要由触发装置(火灾探测器、手动报警按钮)、报警装置(声、光警报器、消防应急广播)及火灾报警控制器组成。火灾探测器、手动报警按钮通过报警总线与火灾报警控制器连接，火灾报警控制器通过对探测器上传的报警信息进行分析、运算和处理后，确认火警信号，发出报警及联动控制指令。因此，火灾报警控制器相当于火灾自动报警系统的“大脑”，而报警总线相当于系统的“神经网络”。而该系统的稳定性和可靠性不仅取决于首端火灾报警控制器以及末端探测器、警报器的性能，还取决于报警总线是否可靠。

目前，国内报警总线主要采用二线制，总线形式主要为环形和树形形式两种，本文即就两种形式的优缺点进行一些探讨和总结。

1 火灾自动报警系统总线分类

美国国家消防协会(NFPA)编制的火灾报警规范《National Fire Alarm and Signaling Code》将系统总线分为了六类:Class A、Class B、Class C、Class D及Class E、Class X，美国国家消防协会(NFPA)对这六类总线形式的定义如表1所示。

火灾自动报警系统总线分类表1

总线类别总线需满足条件Class A包含一个冗余路径断路时可以继续工作,并返回信号单根线接地时,能产生一个故障信号Class B不包含冗余路径断路时,无法工作单根线接地时,能产生一个故障信号Class C包含一到多个通讯路径,通过端到端的通讯来验证总线的可靠性Class D具有故障保护功能,在通讯异常时,可以继续工作Class E不具有监控功能Class X包含一个冗余路径断路时可以继续工作,并返回信号单根线接地时可以继续工作,并返回信号

目前主要应用的两种总线形式为环形总线和树形总线即Class A与Class B总线，前者总线具有冗余路径，在总线断路时可以产生一个总线故障信号；后者总线不具有冗余路径，在总线断路时总线功能消失。两类总线形式在总线异常、影响总线正常运行时，都需要产生一个故障信号。

2 环形总线与树形总线形式

2.1 树形总线

目前国内项目中比较常用的为树形形式，该形式将回路中的探测器、警报器、联动模块等依次通过总线与火灾报警控制器相连，通常在干线中具有分支。如图1所示。

图1 树形总线连接方式

该总线形式在总线某处发生开路故障时，该故障点后部的所有设备与火灾报警控制器断开，失去与火灾报警控制器的通讯。而在总线某一点发生短路或接地故障时，整个回路电压降低，也会失去与控制器的通讯，情况严重时甚至将烧毁主机接口，影响整个控制器的工作。因此树形接法通常会在首端设置一处短路隔离器，以免某个回路发生短路故障时，影响整个系统正常运行。

2.2 环形总线

环形接法是将回路中的探测器、报警器、联动模块等依次通过总线与火灾报警控制器相连，并最终返回火灾报警控制器，形成一个环形通路，通常在干线中没有分支，如图2所示。

图2 环形总线连接方式

该总线形式双向都可以传输信号，提供了一条冗余的传输路径，因此在总线任一点发生开路故障时，不会影响整个回路的正常运行。在总线某一点短路时，线路首末两端的短路隔离器断开整个回路，以免影响整个系统的正常运行。

通过上述两种形式的比较可知，任何一种形式，在发生短路故障时，整个回路都无法正常工作。

3 总线短路隔离器的作用与接线

针对以上问题，GB 50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》对系统总线上设置总线短路隔离器做了详细要求“3.1.6系统总线上应设置总线短路隔离器，每只总线短路隔离器保护的火灾探测器、手动火灾报警按钮和模块等消防设备的总数不应超过32点；总线穿越防火分区时，应在穿越处设置总线短路隔离器”。通过设置总线短路隔离器，在发生短路故障时立即切断故障部分，尽可能保障整个系统的功能不受影响。

这里需要说明的是，树形总线短路隔离器产品和环形总线短路隔离器产品是不一样的，两者不可通用。

下文将通过几张接线图来说明树形和环形结构总线短路隔离器产品的接线形式。

(1)如图3所示，为某树形报警总线短路隔离器接线示意图。其Z1、Z2为信号二总线输入端子，ZO1、ZO2为信号二总线输出端子，动作电流为100mA。树形报警总线短路隔离器分别并联接入报警总线上，当其中一个总线短路隔离器后的回路发生短路时，该总线短路隔离器动作，将该故障回路的所有设备与报警总线断开，将短路故障影响的范围限制在32个点位以内。

图3 树形总线短路隔离器接线示意图

(2)如图4所示，为某环形报警总线短路隔离器接线示意图。该模块有2个4路接线端子，将模块接入探测总线。其中A口上方两个端口P、S接探测回路，下方两个P、S可以接入T型分支回路或者不接，B口同A口。A口和B口顺序接入报警总线中，当隔离器前后发生短路故障时，该隔离器都会动作(故障探测回路所接入的接口动作)，断开该回路的设备。对于整个回路来说，当某两个总线短路隔离器之间的回路发生短路时，该回路两侧的总线短路隔离器会同时动作，将该故障回路的所有设备与总线断开，将短路故障的影响范围限制在32个点位以内。

图4 环形总线短路隔离器接线示意图

由两种产品的比较可知，树形报警总线隔离器只有一个接口，可以切断隔离器所带分支回路的设备；环形报警总线短路隔离器相对于树形报警总线隔离器来说有两个接口，可以分别动作，切断两个总线短路隔离器之间的前端设备。

4 环形总线与树形总线的优缺点比较

报警总线的接线形式也会影响到火灾报警系统的可靠运行，图集14505-1《<火灾自动报警系统设计规范>图示》中对环形总线和树形总线接线方法以及短路隔离器的设置都有详细的图示介绍。下面就环形总线和树形总线的优缺点做简单比较。

(1)环形总线接线形式

火灾报警控制器具有双端寻址的功能，信号可以双向传输。如图5所示，在整个环形回路任一点发生开路故障时，都可继续通过A、B两端进行通信，以免通信中断，影响系统正常运行。

图5 环形总线形式两端通信

在环形回路任一点发生短路时，短路点两端的总线短路隔离器动作，系统会隔离这一部分设备，保障其他线路现场设备正常工作，将系统受故障影响范围降低到最小；同时可以通过隔离器动作位置，迅速查找线路故障点。

(2)树形总线接线形式

火灾报警控制器只有单端寻址方式，如图6所示。在树形回路分支上发生开路时，开路(A)后的部分设备将失去与火灾报警控制器的通讯；当开路发生在树形回路干线上时，开路(B)后的设备全部失去与火灾报警控制器的通讯，影响范围较大。

图6 树形总线形式单端通信

在树形回路分支上发生短路时，该分支上的总线短路隔离器动作，系统隔离这一部分设备。但当树形回路总线上发生短路时，则整个回路全部设备均无法正常工作，且无法定位故障点，总线短路隔离器的设置失去了作用。

(3)优缺点比较

1)可靠性：环形总线接线方式在总线任意处开路时，可以保证线路的安全，主干线短路时也可以保证回路中所有现场设备正常工作。

2)布线：施工中，环形总线接线可以避免在总线根部强制分线，节省布线工作量，但需要所有设备手拉手形成一个环，无形中增加了线路的长度，布线比较复杂，仅部分产品支持环形总线上分支结构，可后期局部改造；而树形接线形式布线相对自由，可以在干线上分支，方便现场施工和后期改造。

3)故障率：相对于树形总线隔离器，环形总线隔离器在总线因线路进水、绝缘问题导致总线间阻抗异常时，可以起到隔离保护作用。且可以为所有前端设备内置环形短路隔离器，当任何位置发生故障时，故障点两侧的前端设备内置的环形短路隔离器动作，隔离故障点，可以将影响范围缩减到最小。但树形接线形式的隔离模块可集中设置在接线端子箱内，检修比较方便。同时隔离模块集中设置时，干线较短，不易发生故障，支干线发生故障时，故障范围也较小，可以控制在32个点位内。

4)成本：环形总线需要火灾报警控制器提供环形总线接口，且环形总线短路隔离器价格更高。而树形总线只需要普通总线接口和总线短路隔离器，相对于环形接线形式，成本约低20%。

5)通讯距离：树形总线接线形式为单端通讯，通讯距离可以达到1 500m，增加中继模块可将信号延长至 3 000m；而环形总线为双向通讯，通讯距离只有树形总线的一半。

5 环形总线与树形总线适用范围

根据环形总线和树形总线接线形式和特点，笔者总结了两种接线形式的适用范围。

(1)环形接线形式的适用范围

对于大型酒店、商业、机场候机楼等火灾危险性较大，对火灾自动报警系统可靠性要求较高的场所，建议采用环形总线接线形式。而且，这些场所每层或每个防火分区面积较大，比较容易成环，相对普通树形接线形式需要的线缆长度增加不大。

在欧洲、北美、南美等市场，目前只接受环形总线的消防报警系统，会明确提出火灾报警控制器必须提供环形总线接口。而且，根据公安部发布的《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求(试行)》(公消[2018]57号)，第二十三条也明确提出，火灾自动报警系统的消防联动控制总线应采用环形结构。因此我国建筑高度>250m的民用建筑，也必须采用环形总线接线形式。

(2)树形接线形式的适用范围

对于住宅、办公等火灾危险性相对较小的场所，每层面积较小，特别是住宅建筑(除超高层住宅外)，只需要在公共部位设置火灾自动报警系统，布线不易成环，采用环形接线形式比较浪费，因此建议采用树形总线接线形式，可以节约成本。

由于采用树形总线接线形式在主干线路发生开路或者短路时影响范围较大，笔者建议，可将树形总线隔离模块集中设置在接线端子箱内，各树形总线隔离器再放射至各前端设备，减少主干线路的敷设长度和范围，虽然会增加总线电缆的长度，增加成本，但是可以有效减小主干线路故障的概率，增加系统可靠性。

6 结束语

对于火灾自动报警系统总线形式，目前国内产品主要以树形结构为主，设计师也多习惯于设计树形结构。但是随着越来越多的国外消防报警品牌的引入，这些品牌大多可以提供兼容环形总线和树形总线的接口。而国内产品也开始提供环形总线结构的工程解决方案，推出了环形总线接口和环形总线隔离模块等产品。国内一些特殊场所(如大型连锁酒店等)咨询公司也会提出环形总线结构要求，特别是公安部“建筑高度>250m民用建筑必须采用环形总线结构”的要求，对国内厂家和设计师提出了新的要求。