建筑电气设计中智能消防应急照明系统的合理应用研究

陈玮琳

[摘    要]统计显示，超半数应急照明灯具在安装使用一年后会出现不同程度的充电回路和照明回路故障，未出现火情时光源仍处于点亮状态，从而丧失其在火灾或发生紧急情况时为逃生人员提供应急照明的预定功能。智能消防应急照明系统则可以通过对火灾情况变化的了解进行相应照明系统的改变，实现各分散应急照明灯具的集中和主动管理，并且制定最优路径来指导人员逃生。文章将对此展开探讨。

[关键词]建筑;电气设计;消防应急照明系统;智能化

[中图分类号]TU113.668;TU85 [文献标志码]A [文章编号]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

传统消防应急照明系统存在如下弊端：消防设施沦为摆设，实际使用中没有发出报警信号而导致火灾被延误;应急灯电压为220 V，一旦灯体漏电很容易造成不必要的伤亡;火灾中的烟雾在一定程度上影响了逃离人员视线，导致标志灯或指示标牌没有发挥作用;灯具独立安装，维修人员的工作量增加且浪费能源。智能消防应急照明系统则能够很好地弥补上述缺陷，并且使得人员在火灾或特殊情况下的逃生疏散路径更加安全和智能化。

1 智能消防应急照明系统的总体架构

智能消防应急照明系统整体上划分为三个层次：①应急照明灯具，在建筑内按一定排列方式分布的应急照明灯具单元是相互独立的，灯具大部分质控命令来自于现场控制器;②集中控制器（上层监控中心及现场灯具单元的中间联系桥梁），一个或几个集中控制器设置在各防火分区内，灯具内部集成的传感器探测模块在防火区内构成传感器网络;③上层监控中心，作为系统大脑的监控中心画面上显示了各灯具工作状态和自带蓄电池运行状态，可经集中控制器向各防火区内发布远程指令，由现场应急照明灯具完成动作指令

2 智能消防应急照明系统的具体设计

2.1 应急照明灯具智能调光和状态切换功能的设计

系统基于探测模块采集到的环境信息确定系统工作模式，无火灾发生时应急照明灯具发挥普通照明功能，灯具单元根据探测信息调整光照强度，当建筑物内有火灾发生或其他特殊情況时，灯具转入应急照明状态，由系统进行统一管理和联动灭火。

（1）智能调光。在普通照明模式下，应急照明灯具具有智能调光功能，现场控制器根据检测到的环境参数改变输出的PWM脉冲占空比，调整输出的平均电流以调整LED灯珠串的发光强度。根据LED驱动芯片的工作原理，占空比越小则灯越亮，当PWM调光管脚接地时灯最亮。为了便于调光，灯具具有如下三种工作模式：普通照明模式（光照强度弱，有人员经过）、节能模式（光照强度弱、无人员经过）、烟雾照明模式（有烟雾但浓度未达到火警浓度）。

（2）状态切换。灯具具有日常照明和应急照明两种模式，当烟雾传感器检测到烟雾浓度达到预定的报警浓度时，系统下发指令，灯具单元由普通照明状态切换至应急状态，即灯具光源按规定的应急照明照度值提供照明且保持常亮状态、灯具供电方式由市电供电切换至自带蓄电池供电、报警信息和灯具状态信息发送至监控中心。另一种模式切换的情况是灯具的市电供电回路断电，灯具自动进入应急状态。

2.2 探测模块的设计

现场应急照明灯具内部集中了如下探测模块：①红外感应模块。当探测范围内有人员活动时，模块向现场控制器输出高电平信号，反之输出低电平信号，灯具控制器会根据感应到的人体红外信号调节LED光照强度，实现智能控制和电能的高效利用;②烟雾探测模块，传感器输出电流会随着烟雾浓度的改变而改变，输出电流接入反相比较器，当烟雾浓度较大时输入端电压高于门槛电压，比较器的输出端为低电位，系统报警（反之停止报警）;③光照度传感器模块，该模块与控制器连接简单，只需要将数据线和时钟线接入现场控制器芯片的I/O引脚相连，不需要多余电路。

2.3 通讯方案的设计

图2为系统的整体通讯方案，集中控制器是智能消防应急照明系统和监控平台的中间沟通桥梁，负责将灯具单元的数据传输给监控平台，然后将监控平台发布的控制指令分配给灯具控制器，整个过程涉及监控主机、集中控制器与现场控制器间的通讯，具体而言：

（1）集中控制器与通讯模块间的通讯方案。系统所具有的远程通讯功能具有如下显著优势：覆盖范围更广，已经投入使用或无法敷设有线通讯线路的场所都可以使用，且后期升级维护便利;建筑中线路敷设被减少，有助于降低火灾隐患和施工成本;较远的传输距离使得火灾发生时，较远事故地点的信息也可以被及时传输到控制中心，并降低了对通讯线路的依赖。系统基于Quectel EC20模块实现监控平台服务器与集中控制器间的无线通信，综合考量后选定RS232通讯方式来实现集中控制器与EC20模块间的通信连接，具体操作时集中控制器通过RS232向EC20发送AT指令，根据指令执行相应操作后，EC20模块向服务器发出连接请求，建立连接、配置端口号以实施数据传输。

（2）集中控制器与灯具单元控制器间的通讯方案。集中控制和分散控制相结合为本系统的控制方式，灯具节点的工作状态、电源方式切换及光源照度等受单元控制器控制，控制信号来自集中控制器下达的指令或灯具传感器探测的信号，同时灯具的环境参数及状态信息会被灯具单元控制器传输至集中控制器。由于现场灯具单元布置分散、数量较多且通信距离长短不一，而一台集中控制器需要接收其控制范围内多台现场控制器的监测数据并下达指令，故采用RS485通讯方式来实现集中控制器与灯具单元控制器间的通讯连接。

（3）服务器与EC20模块间的通讯方案。EC20模块作为客户端向远程服务器发送通信请求，客户端与服务器端间基于IP地址构建通讯连接，通过预设端口进行数据上传和指令下达，具体操作如下：
EC20模块与远程服务器端基于IP协议构建远程通讯连接，配置相应端口号，经由服务器端与客户端基于TCP协议进行数据接收与发送，EC20模块发出数据包，由基站经Internet网络发送至指定IP地址，客户端接收后完成一次数据上传，在人机交互界面上，管理员可以查询所需数据并发出控制指令，控制指令由服务器经相同路径反向传输到EC20模块，继而向下发布，通讯结束后，服务器端终止与客户端的连接。

2.4 蓄电池的选择

火灾发生时，消防应急照明灯具的备用电源将为灯具单元提供持续稳定的电能，根据火灾发挥作用及场所重要性差异，通常照明时长为0.5～3h。应急照明灯具备用电源有自带电源和集中电源两种，而本系统采用了锂电池作为自带电源型消防应急照明灯具的备用电源。

2.5 集中控制器的设计

作为系统中转站的集中控制器负责汇总多个现场控制器的数据并发布控制指令。现场控制器将探测模块和电源采集到的信息传输至上一级集中控制器，集中控制器整理、分析及打包其控制范围内的全部现场控制器信号，将包含有AT指令的数据传输给配套通讯模块;接收远程服务器发布的动作指令，并向其控制的现场控制器发布指令信号。系统选用IAP15W4K58S4芯片作为集中控制器的核心芯片，具有强抗干扰能力、低功耗、高速运算能力、更大存储容量等特点，且可以处理更多下位机数据和上位机指令，满足系统对于集中控制器的容量要求。

2.6 上层监控中心功能的设计

上层监控中心采用图形化界面的形式，对系统内每一个灯及其电源的运行状态进行监控（可以显示人员活动情况、灯具单元所在区域光照度、电压、电流、烟雾浓度及备用电源温度等信息），其功能主要包括：①设置参数。灯具单元根据建筑防火分区划分为不同的管理区间，用户对防火区间、消防应急照明灯具进行二级选择以实现各灯具的精准管理。在系统启动前，用户先进行IP地址和端口号配置以确保通信暢通;②采集数据。电压、电流、环境参数等数据被下位机采集后直观展示给用户（其中蓄电池的电压及电流信息以曲线的方式呈现以便更好反映数据的变化轨迹，而电池温度则采用温度计图例显示，在渐变色仪表盘上显示电池剩余电量以凸显剩余容量的可用状态），此外灯具单元的供电方式及工作状态数据也会被采集;③处理数据。上位机服务器与下位机集中控制器间的数据传输以机器语言为主，数据以数据包的形式进行传输，服务器接收到的数据经后台解析后进行分类保存和显示;④控制面板。控制面板具有供电方式切换、系统检测、手动报警及灯具远程控制等功能，当系统正常时处于自动运行模式，突发情况下（如工作人员发现火情而系统尚未达到报警标准时）可转入手动控制模式;⑤系统帮助。对用户使用过程中可能遇到的问题（如常见故障）提供解决方案，如果无用户指令，则系统帮助文本文件隐藏在系统后台。

3 结语

综上所述，智能消防应急照明系统由独立的应急照明灯具和配套设施共同组成，通过设备间的通信连接使系统成为一个相互关联的整体，尤其是网络通信技术的应用实现了系统与管理员的实时通信，系统管理更加便捷和多样化。

参考文献

[1] 张琦.民用建筑电气系统设计中智能消防应急照明系统的应用分析[J].中国室内装饰装修天地，2020（6）：152.

[2] 倪守雨.住宅建筑消防应急照明系统设计探讨[J].智能建筑电气技术，2020（5）：117-125.

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