陳瑋琳

[摘? ? 要]統(tǒng)計顯示，超半數(shù)應急照明燈具在安裝使用一年后會出現(xiàn)不同程度的充電回路和照明回路故障，未出現(xiàn)火情時光源仍處于點亮狀態(tài)，從而喪失其在火災或發(fā)生緊急情況時為逃生人員提供應急照明的預定功能。智能消防應急照明系統(tǒng)則可以通過對火災情況變化的了解進行相應照明系統(tǒng)的改變，實現(xiàn)各分散應急照明燈具的集中和主動管理，并且制定最優(yōu)路徑來指導人員逃生。文章將對此展開探討。

[關鍵詞]建筑;電氣設計;消防應急照明系統(tǒng);智能化

[中圖分類號]TU113.668;TU85 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）05–0–02

Reasonable Application of Intelligent Fire Emergency

Lighting System in Build-ing Electrical Design

Chen Wei-lin

[Abstract]Statistics show that more than half of the emergency lighting lamps will have different degrees of charging circuit and lighting circuit failure after one year of installation and use， and the light source is still on when there is no fire， thus losing its function of providing emergency lighting for escape personnel in case of fire or emergency. The intelligent fire emergency lighting system can change the corresponding lighting system through the under-standing of the fire situation change， realize the centralized and active man-agement of the scattered emergency lighting lamps， and formulate the optimal path to guide the escape， so this paper will discuss this.

[Keywords]Architecture; Electrical design; Fire emergency lighting system; Intellectualization

傳統(tǒng)消防應急照明系統(tǒng)存在如下弊端：消防設施淪為擺設，實際使用中沒有發(fā)出報警信號而導致火災被延誤;應急燈電壓為220 V，一旦燈體漏電很容易造成不必要的傷亡;火災中的煙霧在一定程度上影響了逃離人員視線，導致標志燈或指示標牌沒有發(fā)揮作用;燈具獨立安裝，維修人員的工作量增加且浪費能源。智能消防應急照明系統(tǒng)則能夠很好地彌補上述缺陷，并且使得人員在火災或特殊情況下的逃生疏散路徑更加安全和智能化。

1 智能消防應急照明系統(tǒng)的總體架構

智能消防應急照明系統(tǒng)整體上劃分為三個層次：①應急照明燈具，在建筑內按一定排列方式分布的應急照明燈具單元是相互獨立的，燈具大部分質控命令來自于現(xiàn)場控制器;②集中控制器（上層監(jiān)控中心及現(xiàn)場燈具單元的中間聯(lián)系橋梁），一個或幾個集中控制器設置在各防火分區(qū)內，燈具內部集成的傳感器探測模塊在防火區(qū)內構成傳感器網(wǎng)絡;③上層監(jiān)控中心，作為系統(tǒng)大腦的監(jiān)控中心畫面上顯示了各燈具工作狀態(tài)和自帶蓄電池運行狀態(tài)，可經(jīng)集中控制器向各防火區(qū)內發(fā)布遠程指令，由現(xiàn)場應急照明燈具完成動作指令

2 智能消防應急照明系統(tǒng)的具體設計

2.1 應急照明燈具智能調光和狀態(tài)切換功能的設計

系統(tǒng)基于探測模塊采集到的環(huán)境信息確定系統(tǒng)工作模式，無火災發(fā)生時應急照明燈具發(fā)揮普通照明功能，燈具單元根據(jù)探測信息調整光照強度，當建筑物內有火災發(fā)生或其他特殊情況時，燈具轉入應急照明狀態(tài)，由系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理和聯(lián)動滅火。

（1）智能調光。在普通照明模式下，應急照明燈具具有智能調光功能，現(xiàn)場控制器根據(jù)檢測到的環(huán)境參數(shù)改變輸出的PWM脈沖占空比，調整輸出的平均電流以調整LED燈珠串的發(fā)光強度。根據(jù)LED驅動芯片的工作原理，占空比越小則燈越亮，當PWM調光管腳接地時燈最亮。為了便于調光，燈具具有如下三種工作模式：普通照明模式（光照強度弱，有人員經(jīng)過）、節(jié)能模式（光照強度弱、無人員經(jīng)過）、煙霧照明模式（有煙霧但濃度未達到火警濃度）。

（2）狀態(tài)切換。燈具具有日常照明和應急照明兩種模式，當煙霧傳感器檢測到煙霧濃度達到預定的報警濃度時，系統(tǒng)下發(fā)指令，燈具單元由普通照明狀態(tài)切換至應急狀態(tài)，即燈具光源按規(guī)定的應急照明照度值提供照明且保持常亮狀態(tài)、燈具供電方式由市電供電切換至自帶蓄電池供電、報警信息和燈具狀態(tài)信息發(fā)送至監(jiān)控中心。另一種模式切換的情況是燈具的市電供電回路斷電，燈具自動進入應急狀態(tài)。

2.2 探測模塊的設計

現(xiàn)場應急照明燈具內部集中了如下探測模塊：①紅外感應模塊。當探測范圍內有人員活動時，模塊向現(xiàn)場控制器輸出高電平信號，反之輸出低電平信號，燈具控制器會根據(jù)感應到的人體紅外信號調節(jié)LED光照強度，實現(xiàn)智能控制和電能的高效利用;②煙霧探測模塊，傳感器輸出電流會隨著煙霧濃度的改變而改變，輸出電流接入反相比較器，當煙霧濃度較大時輸入端電壓高于門檻電壓，比較器的輸出端為低電位，系統(tǒng)報警（反之停止報警）;③光照度傳感器模塊，該模塊與控制器連接簡單，只需要將數(shù)據(jù)線和時鐘線接入現(xiàn)場控制器芯片的I/O引腳相連，不需要多余電路。

2.3 通訊方案的設計

圖2為系統(tǒng)的整體通訊方案，集中控制器是智能消防應急照明系統(tǒng)和監(jiān)控平臺的中間溝通橋梁，負責將燈具單元的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控平臺，然后將監(jiān)控平臺發(fā)布的控制指令分配給燈具控制器，整個過程涉及監(jiān)控主機、集中控制器與現(xiàn)場控制器間的通訊，具體而言：

（1）集中控制器與通訊模塊間的通訊方案。系統(tǒng)所具有的遠程通訊功能具有如下顯著優(yōu)勢：覆蓋范圍更廣，已經(jīng)投入使用或無法敷設有線通訊線路的場所都可以使用，且后期升級維護便利;建筑中線路敷設被減少，有助于降低火災隱患和施工成本;較遠的傳輸距離使得火災發(fā)生時，較遠事故地點的信息也可以被及時傳輸?shù)娇刂浦行?，并降低了對通訊線路的依賴。系統(tǒng)基于Quectel EC20模塊實現(xiàn)監(jiān)控平臺服務器與集中控制器間的無線通信，綜合考量后選定RS232通訊方式來實現(xiàn)集中控制器與EC20模塊間的通信連接，具體操作時集中控制器通過RS232向EC20發(fā)送AT指令，根據(jù)指令執(zhí)行相應操作后，EC20模塊向服務器發(fā)出連接請求，建立連接、配置端口號以實施數(shù)據(jù)傳輸。

（2）集中控制器與燈具單元控制器間的通訊方案。集中控制和分散控制相結合為本系統(tǒng)的控制方式，燈具節(jié)點的工作狀態(tài)、電源方式切換及光源照度等受單元控制器控制，控制信號來自集中控制器下達的指令或燈具傳感器探測的信號，同時燈具的環(huán)境參數(shù)及狀態(tài)信息會被燈具單元控制器傳輸至集中控制器。由于現(xiàn)場燈具單元布置分散、數(shù)量較多且通信距離長短不一，而一臺集中控制器需要接收其控制范圍內多臺現(xiàn)場控制器的監(jiān)測數(shù)據(jù)并下達指令，故采用RS485通訊方式來實現(xiàn)集中控制器與燈具單元控制器間的通訊連接。

（3）服務器與EC20模塊間的通訊方案。EC20模塊作為客戶端向遠程服務器發(fā)送通信請求，客戶端與服務器端間基于IP地址構建通訊連接，通過預設端口進行數(shù)據(jù)上傳和指令下達，具體操作如下： EC20模塊與遠程服務器端基于IP協(xié)議構建遠程通訊連接，配置相應端口號，經(jīng)由服務器端與客戶端基于TCP協(xié)議進行數(shù)據(jù)接收與發(fā)送，EC20模塊發(fā)出數(shù)據(jù)包，由基站經(jīng)Internet網(wǎng)絡發(fā)送至指定IP地址，客戶端接收后完成一次數(shù)據(jù)上傳，在人機交互界面上，管理員可以查詢所需數(shù)據(jù)并發(fā)出控制指令，控制指令由服務器經(jīng)相同路徑反向傳輸?shù)紼C20模塊，繼而向下發(fā)布，通訊結束后，服務器端終止與客戶端的連接。

2.4 蓄電池的選擇

火災發(fā)生時，消防應急照明燈具的備用電源將為燈具單元提供持續(xù)穩(wěn)定的電能，根據(jù)火災發(fā)揮作用及場所重要性差異，通常照明時長為0.5～3h。應急照明燈具備用電源有自帶電源和集中電源兩種，而本系統(tǒng)采用了鋰電池作為自帶電源型消防應急照明燈具的備用電源。

2.5 集中控制器的設計

作為系統(tǒng)中轉站的集中控制器負責匯總多個現(xiàn)場控制器的數(shù)據(jù)并發(fā)布控制指令。現(xiàn)場控制器將探測模塊和電源采集到的信息傳輸至上一級集中控制器，集中控制器整理、分析及打包其控制范圍內的全部現(xiàn)場控制器信號，將包含有AT指令的數(shù)據(jù)傳輸給配套通訊模塊;接收遠程服務器發(fā)布的動作指令，并向其控制的現(xiàn)場控制器發(fā)布指令信號。系統(tǒng)選用IAP15W4K58S4芯片作為集中控制器的核心芯片，具有強抗干擾能力、低功耗、高速運算能力、更大存儲容量等特點，且可以處理更多下位機數(shù)據(jù)和上位機指令，滿足系統(tǒng)對于集中控制器的容量要求。

2.6 上層監(jiān)控中心功能的設計

上層監(jiān)控中心采用圖形化界面的形式，對系統(tǒng)內每一個燈及其電源的運行狀態(tài)進行監(jiān)控（可以顯示人員活動情況、燈具單元所在區(qū)域光照度、電壓、電流、煙霧濃度及備用電源溫度等信息），其功能主要包括：①設置參數(shù)。燈具單元根據(jù)建筑防火分區(qū)劃分為不同的管理區(qū)間，用戶對防火區(qū)間、消防應急照明燈具進行二級選擇以實現(xiàn)各燈具的精準管理。在系統(tǒng)啟動前，用戶先進行IP地址和端口號配置以確保通信暢通;②采集數(shù)據(jù)。電壓、電流、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)被下位機采集后直觀展示給用戶（其中蓄電池的電壓及電流信息以曲線的方式呈現(xiàn)以便更好反映數(shù)據(jù)的變化軌跡，而電池溫度則采用溫度計圖例顯示，在漸變色儀表盤上顯示電池剩余電量以凸顯剩余容量的可用狀態(tài)），此外燈具單元的供電方式及工作狀態(tài)數(shù)據(jù)也會被采集;③處理數(shù)據(jù)。上位機服務器與下位機集中控制器間的數(shù)據(jù)傳輸以機器語言為主，數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式進行傳輸，服務器接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)后臺解析后進行分類保存和顯示;④控制面板?？刂泼姘寰哂泄╇姺绞角袚Q、系統(tǒng)檢測、手動報警及燈具遠程控制等功能，當系統(tǒng)正常時處于自動運行模式，突發(fā)情況下（如工作人員發(fā)現(xiàn)火情而系統(tǒng)尚未達到報警標準時）可轉入手動控制模式;⑤系統(tǒng)幫助。對用戶使用過程中可能遇到的問題（如常見故障）提供解決方案，如果無用戶指令，則系統(tǒng)幫助文本文件隱藏在系統(tǒng)后臺。

3 結語

綜上所述，智能消防應急照明系統(tǒng)由獨立的應急照明燈具和配套設施共同組成，通過設備間的通信連接使系統(tǒng)成為一個相互關聯(lián)的整體，尤其是網(wǎng)絡通信技術的應用實現(xiàn)了系統(tǒng)與管理員的實時通信，系統(tǒng)管理更加便捷和多樣化。

參考文獻

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