建筑電氣設(shè)計(jì)中智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的合理應(yīng)用研究

陳瑋琳

[摘? ? 要]統(tǒng)計(jì)顯示，超半數(shù)應(yīng)急照明燈具在安裝使用一年后會(huì)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(shí)光源仍處于點(diǎn)亮狀態(tài)，從而喪失其在火災(zāi)或發(fā)生緊急情況時(shí)為逃生人員提供應(yīng)急照明的預(yù)定功能。智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)則可以通過對(duì)火災(zāi)情況變化的了解進(jìn)行相應(yīng)照明系統(tǒng)的改變，實(shí)現(xiàn)各分散應(yīng)急照明燈具的集中和主動(dòng)管理，并且制定最優(yōu)路徑來指導(dǎo)人員逃生。文章將對(duì)此展開探討。

[關(guān)鍵詞]建筑;電氣設(shè)計(jì);消防應(yīng)急照明系統(tǒng);智能化

[中圖分類號(hào)]TU113.668;TU85 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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(yīng)急照明系統(tǒng)存在如下弊端：消防設(shè)施淪為擺設(shè)，實(shí)際使用中沒有發(fā)出報(bào)警信號(hào)而導(dǎo)致火災(zāi)被延誤;應(yīng)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(zāi)中的煙霧在一定程度上影響了逃離人員視線，導(dǎo)致標(biāo)志燈或指示標(biāo)牌沒有發(fā)揮作用;燈具獨(dú)立安裝，維修人員的工作量增加且浪費(fèi)能源。智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)則能夠很好地彌補(bǔ)上述缺陷，并且使得人員在火災(zāi)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(yīng)急照明系統(tǒng)的總體架構(gòu)

智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)整體上劃分為三個(gè)層次：①應(yīng)急照明燈具，在建筑內(nèi)按一定排列方式分布的應(yīng)急照明燈具單元是相互獨(dú)立的，燈具大部分質(zhì)控命令來自于現(xiàn)場(chǎng)控制器;②集中控制器（上層監(jiān)控中心及現(xiàn)場(chǎng)燈具單元的中間聯(lián)系橋梁），一個(gè)或幾個(gè)集中控制器設(shè)置在各防火分區(qū)內(nèi)，燈具內(nèi)部集成的傳感器探測(cè)模塊在防火區(qū)內(nèi)構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò);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(yùn)行狀態(tài)，可經(jīng)集中控制器向各防火區(qū)內(nèi)發(fā)布遠(yuǎn)程指令，由現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急照明燈具完成動(dòng)作指令

2 智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

2.1 應(yīng)急照明燈具智能調(diào)光和狀態(tài)切換功能的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于探測(cè)模塊采集到的環(huán)境信息確定系統(tǒng)工作模式，無火災(zāi)發(fā)生時(shí)應(yīng)急照明燈具發(fā)揮普通照明功能，燈具單元根據(jù)探測(cè)信息調(diào)整光照強(qiáng)度，當(dāng)建筑物內(nèi)有火災(zāi)發(fā)生或其他特殊情況時(shí)，燈具轉(zhuǎn)入應(yīng)急照明狀態(tài)，由系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理和聯(lián)動(dòng)滅火。

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

（2）狀態(tài)切換。燈具具有日常照明和應(yīng)急照明兩種模式，當(dāng)煙霧傳感器檢測(cè)到煙霧濃度達(dá)到預(yù)定的報(bào)警濃度時(shí)，系統(tǒng)下發(fā)指令，燈具單元由普通照明狀態(tài)切換至應(yīng)急狀態(tài)，即燈具光源按規(guī)定的應(yīng)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(bào)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(dòng)進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)。

2.2 探測(cè)模塊的設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急照明燈具內(nèi)部集中了如下探測(cè)模塊：①紅外感應(yīng)模塊。當(dāng)探測(cè)范圍內(nèi)有人員活動(dòng)時(shí)，模塊向現(xiàn)場(chǎng)控制器輸出高電平信號(hào)，反之輸出低電平信號(hào)，燈具控制器會(huì)根據(jù)感應(yīng)到的人體紅外信號(hào)調(diào)節(jié)LED光照強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)智能控制和電能的高效利用;②煙霧探測(cè)模塊，傳感器輸出電流會(huì)隨著煙霧濃度的改變而改變，輸出電流接入反相比較器，當(dāng)煙霧濃度較大時(shí)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(bào)警（反之停止報(bào)警）;③光照度傳感器模塊，該模塊與控制器連接簡(jiǎn)單，只需要將數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線接入現(xiàn)場(chǎng)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(shè)計(jì)

圖2為系統(tǒng)的整體通訊方案，集中控制器是智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)和監(jiān)控平臺(tái)的中間溝通橋梁，負(fù)責(zé)將燈具單元的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控平臺(tái)，然后將監(jiān)控平臺(tái)發(fā)布的控制指令分配給燈具控制器，整個(gè)過程涉及監(jiān)控主機(jī)、集中控制器與現(xiàn)場(chǎng)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(yuǎn)程通訊功能具有如下顯著優(yōu)勢(shì)：覆蓋范圍更廣，已經(jīng)投入使用或無法敷設(shè)有線通訊線路的場(chǎng)所都可以使用，且后期升級(jí)維護(hù)便利;建筑中線路敷設(shè)被減少，有助于降低火災(zāi)隱患和施工成本;較遠(yuǎn)的傳輸距離使得火災(zāi)發(fā)生時(shí)，較遠(yuǎn)事故地點(diǎn)的信息也可以被及時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行模⒔档土藢?duì)通訊線路的依賴。系統(tǒng)基于Quectel EC20模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)服務(wù)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(shí)現(xiàn)集中控制器與EC20模塊間的通信連接，具體操作時(shí)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(yīng)操作后，EC20模塊向服務(wù)器發(fā)出連接請(qǐng)求，建立連接、配置端口號(hào)以實(shí)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(jié)合為本系統(tǒng)的控制方式，燈具節(jié)點(diǎn)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(hào)來自集中控制器下達(dá)的指令或燈具傳感器探測(cè)的信號(hào)，同時(shí)燈具的環(huán)境參數(shù)及狀態(tài)信息會(huì)被燈具單元控制器傳輸至集中控制器。由于現(xiàn)場(chǎng)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(tái)集中控制器需要接收其控制范圍內(nèi)多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并下達(dá)指令，故采用RS485通訊方式來實(shí)現(xiàn)集中控制器與燈具單元控制器間的通訊連接。

（3）服務(wù)器與EC20模塊間的通訊方案。EC20模塊作為客戶端向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送通信請(qǐng)求，客戶端與服務(wù)器端間基于IP地址構(gòu)建通訊連接，通過預(yù)設(shè)端口進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和指令下達(dá)，具體操作如下： EC20模塊與遠(yuǎn)程服務(wù)器端基于IP協(xié)議構(gòu)建遠(yuǎn)程通訊連接，配置相應(yīng)端口號(hào)，經(jīng)由服務(wù)器端與客戶端基于TCP協(xié)議進(jìn)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(luò)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(jī)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(wù)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(jié)束后，服務(wù)器端終止與客戶端的連接。

2.4 蓄電池的選擇

火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消防應(yīng)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(zāi)發(fā)揮作用及場(chǎng)所重要性差異，通常照明時(shí)長為0.5～3h。應(yīng)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(yīng)急照明燈具的備用電源。

2.5 集中控制器的設(shè)計(jì)

作為系統(tǒng)中轉(zhuǎn)站的集中控制器負(fù)責(zé)匯總多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器的數(shù)據(jù)并發(fā)布控制指令。現(xiàn)場(chǎng)控制器將探測(cè)模塊和電源采集到的信息傳輸至上一級(jí)集中控制器，集中控制器整理、分析及打包其控制范圍內(nèi)的全部現(xiàn)場(chǎng)控制器信號(hào)，將包含有AT指令的數(shù)據(jù)傳輸給配套通訊模塊;接收遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)布的動(dòng)作指令，并向其控制的現(xiàn)場(chǎng)控制器發(fā)布指令信號(hào)。系統(tǒng)選用IAP15W4K58S4芯片作為集中控制器的核心芯片，具有強(qiáng)抗干擾能力、低功耗、高速運(yùn)算能力、更大存儲(chǔ)容量等特點(diǎn)，且可以處理更多下位機(jī)數(shù)據(jù)和上位機(jī)指令，滿足系統(tǒng)對(duì)于集中控制器的容量要求。

2.6 上層監(jiān)控中心功能的設(shè)計(jì)

上層監(jiān)控中心采用圖形化界面的形式，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)每一個(gè)燈及其電源的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控（可以顯示人員活動(dòng)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(shè)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(duì)防火區(qū)間、消防應(yīng)急照明燈具進(jìn)行二級(jí)選擇以實(shí)現(xiàn)各燈具的精準(zhǔn)管理。在系統(tǒng)啟動(dòng)前，用戶先進(jìn)行IP地址和端口號(hào)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(jī)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(jì)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(huì)被采集;③處理數(shù)據(jù)。上位機(jī)服務(wù)器與下位機(jī)集中控制器間的數(shù)據(jù)傳輸以機(jī)器語言為主，數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行傳輸，服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)后臺(tái)解析后進(jìn)行分類保存和顯示;④控制面板。控制面板具有供電方式切換、系統(tǒng)檢測(cè)、手動(dòng)報(bào)警及燈具遠(yuǎn)程控制等功能，當(dāng)系統(tǒng)正常時(shí)處于自動(dòng)運(yùn)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(dá)到報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)時(shí)）可轉(zhuǎn)入手動(dòng)控制模式;⑤系統(tǒng)幫助。對(duì)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(tái)。

3 結(jié)語

綜上所述，智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)由獨(dú)立的應(yīng)急照明燈具和配套設(shè)施共同組成，通過設(shè)備間的通信連接使系統(tǒng)成為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的整體，尤其是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)與管理員的實(shí)時(shí)通信，系統(tǒng)管理更加便捷和多樣化。

參考文獻(xiàn)

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