集控型LED 消防兩用燈的研究

黎青霖 遲耀丹 陳 喬 姜皓銘 朱 同

0 引言

消防應急燈是在發生緊急情況下，當正常照明被切斷后，指引人員有序逃生的一種專用照明燈具，它關系到整個建筑設備與人員的安全。但如今的消防應急燈還有著很多方面的不足：其一，消防應急燈具在正常情況下都處于閑置狀態，很容易被人所忽視，會造成檢修方面的疏忽使得在關鍵時刻不能發揮出它的作用。其二，它的功能較為單一，只有在消防應急時才能發揮它的作用，并且在多數的應急場所都要額外使用普通照明燈，這種傳統照明和應急照明相互獨立，無法共享的工作模式造成了極大的資源浪費。其三配備大容量密封電池，對于節能環保非常的不利。其四，在燈具故障檢測方面也有不少的進步空間。目前絕大多數的消防應急燈使用的還是普通的白熾燈和熒光燈，耗電量非常大，《消防應急照明和疏散指示系統》GB13495-92 中規定，工作人員應實時檢測到消防應急燈具的電源狀態。綜上所述，消防應急照明設備還有很大的改善空間，還未有成熟的產品問世，所以本項目旨在設計出一個節能環保，實時監控的集中控制型LED消防與日常為一體的應急燈。

1 系統功能概述

1.1 應急照明與日常照明兩用

大部分時間內，應急燈具都為普通照明工作狀態。在此工作狀態下，應急燈具應達到我國《建筑照明設計標準》（GB 50034—2004）中的相關照度要求，在樓梯間、電梯前室、停車場出入口等重要公共通道，滿足最基本的視覺要求，充分改善環境質量，營造良好的光照氛圍。而當在遇到緊急情況時，通過各個傳感器迅速判斷并作出反應，切換至應急照明狀態，火災探測器檢測火災信號，在模塊的作用下將信息反饋到消防聯動控制器，建筑里的消防聯動系統啟動設備滅火，消防應急燈輔助人員安全逃生。同時，上位機接收到充電保護電路以及故障檢測電路反饋的工作信號。

1.2 實時智能監控

消防應急燈的控制方式包括分散式（局部式）、半集中式、總線集中式。我國大多數的消防應急燈都是在自帶蓄電池充電的情況下自主工作的。新的歐洲標準EN50172 規定大型建筑內應設置應急照明自動檢測系統，實時檢測應急照明電路的狀態及燈管狀況。由此可知，自動檢測技術在消防應急燈上發揮不可忽視的作用。監控功能由檢測電路完成，并將電路狀態反饋至上位機，在操作平臺的輔助下準確判斷故障原因，提高維修效率。確保當火災發生時，消防應急照明模式能正常工作，其中應急燈在消防照明模式宜連續工作90 min 以上。

2 系統所使用的關鍵技術

2.1 消防應急照明與日常照明的雙回路智能控制

一般情況下，日常照明回路正常工作，市電接入建筑給照明系統供電。在集中控制型消防應急照明系統中，當發生緊急情況供電不正常時，照明集中控制器切換到應急照明回路，進入應急照明狀態，這時消防聯動控制器或火災自動報警控制器（聯動性）聯動控制照明集中控制器。照明集中控制器接收應急照明回路的應急工作狀態以及故障狀態，并將信號反饋至消防聯動控制器，同時火災探測器觸發消防聯動控制器控制消防設備的工作。照明集中控制器將工作狀態和工作模式通過互聯網，將信息傳到數據服務器，使工作人員在上位機，手機端進行監控。

2.2 檢測功能的設計

本設計意在消防應急燈的普通照明回路和消防應急照明回路加入檢測電路完成檢測故障的功能。檢測電路由機械檢測回路和手動檢測回路組成，機械檢測回路中串聯常閉開關、漏電保護器、熔斷器等，當回路漏電，超出最大負荷而導致應急燈熄滅，常閉開關斷開，檢測電路及時檢測到故障信號。手動檢測回路由人員按下手動開關實現，若應急燈亮則說明回路無故障，手動開關也可由聲控開關替代手動開關。任意一條回路都能講檢測到的故障信號反饋至數服務器，由服務器將信息傳輸至上位機，方便人員維修。

2.3 人機交互與系統集中控制

通過集中控制式的系統可以時刻檢測整個照明系統的工作狀態，在系統發生故障時能準確迅速地找出故障點和所發生的問題。人機交互界面的設計可以方便工作人員掌握整個系統的狀況，實現遠程檢測和實時監控。PC 端和控制系統之間的信息傳輸在整個消防應急系統中起到了重要的作用，我們選擇CAN 總線通訊方式，實現上位機對集中控制系統及各個照明單元的信息交互問題。CAN 總線支持遠距離傳輸，采用雙線串行通信方式，因此能快速傳輸信息且迅速做出反應，性價比高，且檢錯能力強，可在高噪聲或強電磁干擾環境中工作。綜合對比系統的體積、成本和耗能等問題，CAN 總線通訊方式是較好的選擇方式。每個獨立的照明單元在完成數據采集后傳給集中控制器與人機交互界面進行通訊。

3 功能創新在系統中的體現

3.1 兩種工作模式

該消防應急燈能同時滿足消防應急和日常照明要求，平時用于日常照明，停電時自動轉為應急照明，在設置消防應急照明和日常照明的場所可以使用，如商場的疏散通道、居民住宅的走廊、地下停車場的出入口等重要公共區域。

圖1 應急照明系統原理圖

3.2 一體化設計

內部結構方面，該消防應急燈將光源、電源和控制電路結合一體，使正常照明和應急照明兩種工作模式能在不同的情況下切換使用。從外部設計看，燈具外形美觀，將燈安裝在轉動座上，可以小范圍調整光源照射方向，增加照度面積，使用方便。

3.3 可靠性高

燈具大部分時間都處于正常照明模式，當電路發生故障時，工作人員可在第一時間發現燈具不能正常工作并進行維修，且上位機能實時監控電路的狀態，方便人員對照明系統的監控，保證了當緊急事故發生時應急燈的可靠性。

3.4 節能環保

作為消防兩用燈的發光源，LED 發光二極管具有耗能低，適用性強，穩定性高，節能性好等優點。與同光效的白熾燈相比，發光二極管的耗能減少了80%，使用時間達10 萬小時，且不含有汞等有害金屬材料。

4 結語

本文所提到的集中控制型LED 消防和日常為一體式的應急燈，針對目前消防應急系統的需求結合普通照明方式存在的不足，提出一種基于集中控制和人機交互系統解決方案。對集中控制系統的整體功能和設計進行了描述，重點解釋了不同功能的關鍵技術和核心思想。通過在實驗室試驗平臺上進行測試，表明本系統的性能達到設計目標，實現了預期的各種功能，能夠在成本、效率、簡便度等方面取得一個較好的平衡點。同時兩用燈降低了消防應急燈平時不被使用能源浪費的現象；設計的思想對于建筑物消防節能領域也有一定的參考價值。