火灾自动报警系统在应用中的可靠性分析
摘要:文章根据实际应用中的火灾探测报警系统数据进行统计分析,证明了探测器问题对系统可靠性的影响最为显著,是导致系统故障的主要原因。而且,进一步应用回归分析,参数拟合得到故障率的概率论数学模型并发现其符合Weibull分布,同时还从维护保养以及使用方面寻求提高火灾自动报警系统可靠性的措施。
1 前言
火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能装置组成的火灾报警系统。它是为了早期发现和通报火灾,并及时采取有效措施,控制和扑灭火灾而设置在建筑中或其它场所的一种自动消防设施[1]。火灾初期,系统里各种自动探测装置(如感温探测器、感烟探测器、燃气探测器和适合于高大空间用的吸气式探测装置等)都能及时的给出火灾报警电信号,传送到火灾报警控制器开启声光报警来警示相关工作人员,同时控制主机上还显示出火灾发生的部位及时间等信息,工作人员确认后便可以进行联动控制以及其它辅助功能的控制。比如,启动消火栓泵、喷淋泵、水喷雾泵、水炮泵、电梯回降、防排烟、防火卷帘、防火门、排烟窗等消防用的灭火、减灾设备,及时扑灭火灾,防止火灾蔓延,最大限度的减少生命和财产损失。可见,火灾自动报警系统是同火灾做斗争的有力工具,在消防安全保卫工作中发挥着重要作用。
然而,火灾是无情的,它吞噬生命、焚毁文物、毁坏财富,给人们带来的损失是无法估量的。因此,能够及时准确报告火灾情况并迅速采取有效措施控制火势的安全可靠的火灾自动报警系统就显得更为重要。但是,由于火灾自动报警系统长期处于备战状态,而且其探测装置对环境的变化及其它干扰又十分敏感,导致系统的误报率较高[2-5]。为了分析系统的运行情况,保障系统的正常运行,合理对系统进行维护保养并提高其性能,要求对实际应用中的火灾自动报警系统可靠性进行分析。由此可见,系统的可靠性分析具有重大意义。
本文首先对火灾自动报警系统可靠性、影响因素以及目前的分析方法进行详细的阐述,然后根据实际应用中的火灾探测报警系统数据进行概率及数理统计分析,得到探测系统故障率的概率论数学模型及其分布规律,最后从维护保养以及使用方面寻求提高火灾自动报警系统可靠性的措施。
2 火灾自动报警系统可靠性及其现状分析
狭义上讲,可靠性就是指产品在使用期间没有发生故障的一种性能。广义上说,可靠性可以是指对产品的满意程度或信赖度等。火灾自动报警系统的可靠性是指系统对所监测的空间内火灾事件信息响应的及时性(反应时间)和准确性(误报率与漏报率)的综合性能[2-3]。此系统的故障主要有漏报和误报,其中误报最为频繁。
2.1 可靠性的影响因素
文献[3][6]从人机工程学的相关理论和原理出发,归纳总结了火灾自动报警系统可靠性影响因素,即人为因素、设备因素和环境因素。在人-机-环系统中,人是最重要的。整个火灾自动报警系统的设计、安装、使用、维护、保养以及管理等环节都需要人的作用,同时,设备、环境也会反作用于人,对人为失误产生影响。而且文献[2]中也强调了使用维护过程中,人的管理缺陷如系统维护不当、输入数据、信号有误以及意外事件等都会导致系统失效,直接影响系统的可靠性。设备因素主要包括硬件设备、软件系统以及传输线路三方面的作用。硬件设备中,探测器的质量对系统可靠性的影响最为显著,是导致系统故障的主要原因。环境因素[3,5,6]主要包括空气湿度、粉尘污染、气流气压变化、油烟、电磁波、光干扰等等,这些直接作用到探测系统上,从而造成系统的误报和漏报。其中,粉尘和空气湿度对系统可靠性影响较大。
2.2 可靠性的分析方法
可靠性作为一项重要的质量指标,只是简单的定性进行描述显然是不够的,量化可靠性指标已成为发展的必然趋势。目前,学术界对火灾自动报警系统可靠性的分析基本都基于两大类模型,一类是宏观分析方法——概率论模型,一类是微观分析方法——物理论模型[3,4,7,8]。概率论模型就是应用数理统计的方法对现场收集到的数据进行回归分析,得到故障与时间的关系及其分布规律的回归方程。物理论模型就是从失效机理出发进行分析,其难度较大。因此,对火灾自动报警系统可靠性进行量化分析时大多选择采用第一类分析方法——概率论模型。
因为火灾自动报警系统的性能、应用条件以及使用环境等不同,可靠性的定量表示也很难统一成某一个特征量来表示。可靠度R(t)、不可靠度F(t)、故障概率密度f(t)、故障率λ(t)以及平均故障间隔时间MTBF等都可以作为分析系统可靠性的指标。
3 火灾自动报警系统故障分析
下面以某大楼火灾自动报警系统2012年11月至2013年4月共计半年的实际数据为例,进行具体的系统可靠性分析。从系统日志文件中读取得到的数据见图1。初步观察,数据可知系统故障主要以误报为主,然后对数据分类处理进行简单的故障分析,最后应用数理统计的方法参数拟合得到故障率的概率论数学模型,对故障进行具体的量化分析。
3.1 具体故障分析
从半年的数据表中可以清晰的看出,实际事件基本为火警确认、火警解除和其它操作三大类,而引起火警的原因有烟感、消火栓、手报、信号阀等设备。经数据汇总统计分析后得到数据分类分析图(如图2所示)可以发现,在半年实际应用中,火警报警事件操作占了整个所有事件中的38%,而且在火警报警事件中,96%是由于烟感触发报警的,由此证明了探测器问题对系统可靠性的影响最为显著,是导致系统故障的主要原因。
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