火灾自动报警及消防联动系统信息原理虚拟实验系统

宋 蒙，赵 慧

（长安大学电子与控制工程学院，陕西西安 710064）

作者简介：宋 蒙（1993－），女，长安大学电子与控制工程学院硕士研究生，检测技术与自动化装置专业。

赵 慧（1992－），女，长安大学电子与控制工程学院硕士研究生，控制工程专业。

摘 要：本文将信息理论应用于火灾自动报警及消防联动虚拟实验系统，以信息流为主线，基于信息原理的基本理论（信息获取、传递、处理、施效等）分析火灾自动报警及消防联动系统，建立信息原理模型，应用LABVIEW技术开发设计信息原理虚拟实验系统，直观展示火灾自动报警及消防联动系统的信息流过程及各个环节之间的逻辑关系，达到对复杂系统的规律化认识。

关键词：火灾自动报警系统；信息原理；LABVIEW；虚拟实验系统

Abstract：In this paper，information theory is applied to Automatic fire alarm and fire linkage virtual experiment system，in－formation flow as the main line，based on the basic principle of information theory（information acquisition，transmission， processing，imitation，etc．）analysis of automatic fire alarm and fire linkage system，set up information theory model，apply the LABVIEW technology develop and design the virtual experiment system of information principle to intuitively show the automatic fire alarm and fire linkage system of the logical relationship between the information flow process and each link，it shows the regularity of the complex system．

Key words：Automatic fire alarm system；Information theory；LABVIEW；Virtual experiment system

1 前言

20世纪下半叶，随着通信、计算机、控制这些信息技术分支的发展，人类已开始迈入信息社会。人们尝试建立一个能够适用于整个信息领域，全面考虑语法、语义、语用因素的信息理论，称为“全信息理论”。有了“全信息理论”就可以统一处理信息的全部过程，信息的获取（感测）理论、信息的传递（通信）理论、信息的处理（认知）理论、信息的再生（决策）理论、信息的执行（控制）理论这些独立发展起来的分支学科，综合地成为一个统一的学科体系，就是“信息科学”。信息科学是以信息为主要研究对象，以信息运动过程的规律为主要研究内容，以信息科学方法论为主要研究方法，以扩展人的信息功能为主要研究目标的一门学科。信息科学的方法论基本要点是在研究高级复杂的事物的时候，应当首先从信息而不是物质或能量的观点出发，通过分析该事物所包含的信息过程来揭示他的复杂工作机制的奥秘，通过建立适当的信息模型和合理的技术手段来模拟或实现高级事物的复杂行为。如今信息科学的研究已远超出了通信的领域，深入到控制科学、系统科学、智能科学等众多相关领域，由于信息理论具有高度适应性，在研究火灾自动报警及消防联动系统时，从信息的观点出发，通过分析系统所包含的信息过程研究系统的实现过程，通过建立适当的信息模型模拟和实现系统的工作过程，具有重要的意义。

同时随着信息技术的蓬勃发展，已使很多虚拟实验环境的设计与开发成为现实，并在一定的理论指导下应用于实践。虚拟实验系统具有透明性、共享性、互动性、自主性及可扩展性等特点，虚拟实验环境的研究与实现，极大地降低了实验室建设成本，缓解了由于财政压力给实验教学环节带来的不利影响，能为目前实验教学中迫切需要解决的问题提供策略和方法，有利于学生实践操作能力的培养。将信息理论与火灾自动报警及消防联动系统相结合，利用LABVIEW技术开发设计基于信息理论的虚拟实验系统不仅前所未有，还具有极高的实用价值。

本文以火灾自动报警及消防联动系统为对象，以信息流为主线，以信息理论为基础，基于信息理论的基本原理（信息获取、传递、处理、施效等）构建信息模型，并应用LABVIEW技术开发设计火灾自动报警及消防联动系统的信息原理虚拟实验系统，直观的展示系统中信息流的过程及各个环节的逻辑关系，达到对复杂系统的规律化认识。

2 火灾自动报警及消防联动系统信息模型

2．1 火灾自动报警及消防联动系统组成及发展

火灾自动报警系统一般由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置和电源四部分组成，复杂系统还包括消防控制设备。触发器件包括火灾探测器和手动报警按钮，能够手动或者自动触发产生报警信号；火灾报警装置接收、显示和传递报警信号并发出控制信号，火灾报警控制器是火灾报警装置的一种；火灾警报装置如声光报警器通过发出声、光的报警信号警示人们；火灾自动报警系统的电源应采用消防电源，备用电源采用蓄电池。消防联动系统的联动控制设备是火灾自动报警系统的执行部件，包括消火栓控制系统，自动喷水灭火系统，气体灭火系统，防火门设备，防火卷帘设备，防排烟设备和水幕设备，声光报警设备，消防广播与消防电话，消防电梯设备和应急照明设备等。如图1为火灾自动报警系统示意图。

图1 火灾自动报警系统示意图

火灾自动报警系统的发展主要体现在报警探测和报警控制器的发展两方面。报警探测技术的发展经历了四个阶段：第一个阶段是开关量探测技术；第二个阶段是模拟量探测技术，总线制和模拟量传输是该阶段发展的重点；第三个阶段是分布智能探测技术，分布智能系统是在探测器、监视／控制模块和控制机中均设置微处理器并采用相应信号处理软件进行处理；第四个阶段是网络化监控技术，随着现代通信技术、计算机网络和信息技术的发展，火灾自动报警技术逐渐实现网络化。

2．2 信息模型的建立

火灾自动报警及消防联动系统的信息过程如图2所示，包括危险源识别、风险响应与处理、应急保障三部分。危险源识别对应信息的获取，由探测器探测事件；风险响应与处理对应信息的处理，接收获取的信息并对其判断和处理；应急保障对应信息的执行，即对信息处理的结果产生行为，如发出警示信号、控制消防设备动作等；下面对各个环节进行具体阐述。

图2 火灾自动报警及消防联动系统信息过程示意图

火灾自动报警及消防联动系统的信息原理模型如图3，其中信息的获取方式主要有自动和手动两种，即通过火灾探测器和手动报警按钮获取，并将非电量转换为电量以便传输。根据信息的定义，某个事物的运动状态及其变化方式的自我表述（自我呈现）即为该事物的本体论层次信息，而被主体所感知的对象运动状态及其变化方式是一种认识论意义的信息，称为第一类认识论意义的信息，由主体思维（也是一种事物）产生的运动状态及其变化方式（代表主体的意志）也是一种认识论意义的信息，称为第二类认识论意义的信息。信息获取便是将本体论信息转变为第一类认识论信息。

信息传输由火灾自动报警及消防联动系统的布线系统完成，如现在广泛应用的总线制火灾报警控制器，采用两条导线构成总线回路，所有探测器与之相联，每个探测器有独立的地址编码，报警控制器采用串行通信方式访问每个探测器获取报警信息。信息传输完成把事物运动状态及其变化方式从空间（时间）上的一点传送到另一点的任务，在这里既包括把报警信息从前端探测器等传输到控制器，也包括把控制器处理过后输出的控制信号传输到各个设备。信息获取和信息传输过程所提供的信息都是第一类认识论层次的信息。

要利用传递来的这些信息解决问题，就必须对这些信息进行加工和处理，从中提取出相关知识，并利用已有的信息和知识来产生新信息，在此基础上形成（再生）的关于变革外部事物的一个规划，即策略信息——第二类认识论层次信息，此为信息的处理及再生过程，它是人们认识外部事物的一个升华和深化。火灾报警控制器接收到来自火灾探测器、手动报警按钮及其他火灾报警触发器件的报警信号，根据获取的信息和内部存储的信息，利用火灾模型数据确认火灾存在后，控制器产生策略信息。在信息原理虚拟实验系统中，通过对探测器测定的温度值及烟雾浓度值与预设温度值和预设烟雾浓度值进行比较，两组比较值经过一系列逻辑关系运算后输出三路控制信号，分别控制不同设备的动作；同时将两组比较值和手动报警按钮输出值三个值作为数组元素创建数组，将二进制数数组装换为十进制数值，不同数值代表不同的报警状态作为条件结构的输入，以此显示各种报警状态。

图3 火灾自动报警系统信息原理图

信息模型的最后一个环节是信息执行，是信息最终发生效应的过程，信息执行最重要的表现形式是通过调节对象事物的运动状态及其变化方式，使对象处于预期的运动状态，就是控制。控制的作用即执行策略信息，产生控制行为，完成主体对对象施行的变革。在火灾自动报警及消防联动系统中通过输出的控制信号启动灭火执行系统、减灾防护系统、应急疏散装置并与视频监控和出入口控制系统联动。

灭火执行系统包括消火栓控制系统，自动喷水灭火系统，气体灭火系统，干粉灭火系统等；减灾防护系统包括防火门设备，防火卷帘设备，防排烟设备和水幕设备等；应急疏散装置有声光报警设备，消防广播与消防电话，消防电梯设备和应急照明设备等；与视频监控系统的联动主要是火灾时开启相关楼层的摄像机监视火灾现场，及时地掌握现场情况；与出入口控制系统的联动主要是疏散通道控制，在火灾时自动打开疏散通道上由门禁系统控制的门及出现火灾层面的所有房门的电磁锁以确保人员的迅速疏散。

3 火灾自动报警及消防联动系统信息原理虚拟实验系统设计

3．1 LABVIEW简介

虚拟实验系统的设计是通过LABVIEW软件实现的，LABVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，它广泛地被学术界、工业界和研究试验时所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。它提供了很多外观与传统仪器（如示波器、万用表等）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LABVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是LABVIEW的程序模块。

LABVIEW早期是为了仪器自动控制所设计，至今转变成为一种逐渐成熟的高级编程语言。LABVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS－232和RS－485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP／IP、Active X等软件标准的库函数。利用LABVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位／64位编译器。像许多重要的软件一样，LAB－VIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macin－tosh的多种版本。这是一个功能强大且灵活的软件。用户界面在LABVIEW中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LAB－VIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强人们构建科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。

3．2 虚拟实验系统设计

火灾自动报警及消防联动系统虚拟实验系统主要分为四个模块：信息获取模块，信息传输模块，信息处理模块和信息执行模块。直观的展示了火灾自动报警与消防联动系统信息原理的工作过程。实验系统前界面如图4。

信息获取模块有启动按钮、温度值、烟雾浓度值及手动报警按钮，通过输入温度值和烟雾浓度值模拟火灾探测器探测到的温度值和烟雾浓度值。程序图中有预设的温度报警值和烟雾浓度报警值，使用此虚拟实验系统时可根据需要更改预设值。

图4 火灾自动报警及消防联动系统信息原理虚拟实验系统前界面

信息传输模块在前界面中由箭头标注出来，直观的展示了信息的流向，程序框图中信息的传输由虚拟仪器间的接线来实现。

信息处理通过程序框图中的逻辑关系实现，输入温度值与预设温度值比较，输入烟雾浓度值与预设烟雾浓度值比较，两者的输出通过逻辑运算输出控制信号，一路控制信号控制声光报警器的动作；一路控制信号控制探测器位置的灯光闪烁；以及一路控制信号控制自动喷水灭火系统的喷淋头、防排烟系统设备、消防广播、防火卷帘门等设备的动作。此外，把两组比较值和手动报警按钮输出值三个值作为数组元素创建数组，数组输出为二进制数，通过数组与数值的转换把二进制数转换为十进制数，输出作为条件结构的输入，显示不同情况下的报警状态。

信息执行模块中有探测器报警灯，声光报警器，自动喷水灭火系统的喷淋头，防火卷帘门，防排烟设备，消防广播，应急照明设备，消防报警记录等。当温度与烟雾浓度任意一项超过设定值时，控制器处理信息后输出控制信号，信息执行模块中报警处的探测器灯光闪烁，报警器报警，但其他设备不动作；当温度与烟雾浓度都超过设定值或手动报警按钮触发时，信息执行模块中报警处的探测器灯光闪烁，声光报警器报警，状态显示栏显示当前报警状态并自动生成报警记录的文本文档，且与自动喷淋设备、防排烟设备、消防广播、应急照明设备、视频监控系统及出入口控制系统等联动，系统自动生成一个文档来保存每个时刻系统是否报警等状态信息，如图5所示。

图5 消防日志记录

4 结语

以信息原理为基础的火灾自动报警系统的信息模型清晰的展示了火灾自动报警系统从信息获取到信息施效的整个工作过程，信息原理虚拟实验系统更直观的将这一过程展示出来，并可以在不同的报警情况下进行仿真展示，将这个复杂系统通过这样的方式简单明晰的呈现了出来，加深了人们对整个系统的过程及各个环节逻辑关系的认识，此虚拟实验系统不仅可以直接应用于教学中使学生更直观的了解复杂系统工作过程，也可用于系统的研究开发等。

参考文献

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