LONWORKS技術在消防應急照明和疏散指示系統中的應用

王維奇 王磊

濰坊昌大建設集團有限公司

LONWORKS技術在消防應急照明和疏散指示系統中的應用

王維奇 王磊

濰坊昌大建設集團有限公司

通過對HOCEN-EMCS消防應急照明和疏散指示系統的構成和功能的分析，將先進的LONWORKS電力載波控制網絡技術應用于該系統，實現了對消防應急疏散照明燈具的監測和控制。

消防應急疏散照明燈具；LONWOR；KSLONTALK協議；LONBUS-PL總線；NEURON CHIP神經元芯片

引言

隨著國民經濟的發展，大型公共建筑物、大規模地下商業街等建筑越來越多。通常情況下，由于這些建筑物內部結構復雜，人員集中密集，一旦火災或意外情況發生，容易造成群死群傷。因此，火災時能否保證上述場所早期可靠的火災探測報警和人員的安全疏散就顯得非常重要。目前建筑物中已按照國家相關規范的要求分別安裝了火災探測報警裝置和疏散指示設備，但它們分別獨立工作，彼此之間沒有密切聯系和火災發生時的聯動關系。而固定方向疏散指示和安全出口標志，仍存在著隱患，即當疏散線路上或安全出口附近發生火災時將人員引向危險區域的方向誤導，同時，固定方向指示的疏散指示系統在煙霧條件下的引導效果也不理想。另外，值得注意的是由于大型公共建筑物規模龐大、結構復雜，燈具數量大，依靠人員管理難度很大，經常在發生火災時，燈具已壞，而起不到應有的疏散作用。因此，人們對現有的疏散指示的依賴性不強，逃生人員容易忽視甚至看不到疏散指示，產品的疏散作用得不到充分發揮，在火災中逃生人員死在安全出口幾米遠的事件時有發生。

智能應急照明和疏散指示系統的出現，解決了現有的應急疏散和指示系統存在不合理性和明顯的問題，其中，美國E C H E L O N公司的LONWORKS電力線載波技術研制的智能應急照明和疏散指示系統,具有技術先進、通訊穩定、布線簡單、結構合理、施工成本低、可互操作性強和自由拓撲結構等特點，根據著火點，系統可以自動為火災時逃生人員指示一條安全、快捷、有序的逃生路線。

1 LONWORKS 網絡控制技術

1.1 LONWORKS簡介

LONWORKS是由美國埃施朗公司（E C H E L O N C o.）開發的一種完整、全開放、可互操作的目前已十分成熟的分布式控制網絡技術的總稱。全世界已有2500多家公司利用LONWORKS技術生產各種各樣的LONWORKS產品，以滿足現代化樓宇、工廠、TRANBBS交通運輸系統、城市基礎設施（水、電、氣等）、家庭環境等自動化系統的分布式控制網絡要求。為了保證來自眾多廠家的產品是真正開放且滿足LONWORKS技術要求并能使這些產品在一個LONWORKS分布式控制網絡系統中實現即插即用，1994年由全球12家聞名工業集團發起、150家公司參加成立了一個稱為L O N M A R K的互操作性協會，以確保各種產品在LONWORKS控制網絡上具有互操作性。

1.1.1 LONWORKS網絡控制技術的地位

Echelon公司的LonWorks網絡是日常電器和設備網絡化的、既成事實的跨行業標準。許多國家和行業已經吸收LonWorks網絡作為其正式的行業標準，這標志著LonWorks網絡能夠在各個國家和行業普遍使用。以下為采用LonWorks的國家和行業標準組織的名稱：

A A R－美國鐵路協會（A m e r i c a n Association of Railroads）

（領域：運貨列車制動）

ANSI－美國國家標準化組織（American National Standards Institute）

（領域：控制網絡）

A S H R A E－美國暖通空調工程師協會（American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers）

（領域：樓宇）

IEEE－電子電氣工程師學會（Institute of Electrical and Electronics Engineers, In）c.

（領域：輕軌系統）

IFSF－國際加油站標準論壇（International Forecourt Standards Forum）

（領域：加油站）

SEMI－半導體設備與材料學會（Semiconductor Equipment and Materials Incorporated）

（領域：半導體生產設備）

2005年2月LONWorks技術成為ISO/ IEC 14908國際標準

2006年7月中國標準化管理局（SAC）正式將埃施朗公司的LonWorks技術轉化為國家標準：GB/Z 20177-2006《控制網絡LonWorks技術規范》

2006年9月國家標準GB/T 20299.4—2006標準采納了LonWorks技術作為中國商業樓宇和住宅建設市場首選的控制聯網技術。

1.1.2 LONWORKS網絡控制技術介紹

LONWORKS技術的核心是LONTALK協議和NEURONCHIP 神經元芯片。LonTalk通訊協議其本身就遵循國際標準組織的開放系統參考模型(ISO/OSI)七層的每一層的控制要求，并通過具有三個CPU的神經元芯片(Neuron Chip)，將網絡LonTalk通訊協議的參考模型的前6層嵌入并固化在了神經元芯片之中，這種協議對任何用戶都是開放的，可以實現不同產品間的互操作，不受網絡的限制，可采用任何傳輸媒介進行通訊，其網絡通信通過采用網絡變量直接綁定，實現各節點之間的互操作。

LONWORKS 技術廣泛應用于軌道交通、網絡能源管理、智能樓宇、暖通空調、煤礦安全、能源和環境管理等領域，2006年7月中國國家標準化局（S A C）正式將LONWORKS采納為國家標準GB/Z 20177-2006《控制網絡LonWorks技術規范》：

GB/Z 20177.1-2006 控制網絡LonWorks技術規范第1部分：協議規范。

GB/Z 20177.2-2006 控制網絡LonWorks技術規范第2部分：電力線信道規范。

GB/Z 20177.3-2006 控制網絡LonWorks技術規范第3部分：自由拓撲雙絞線信道規范。

GB/Z 20177.4-2006 控制網絡LonWorks技術規范第4部分：基于隧道技術在IP信道上傳輸控制網絡協議的規范。

2006年9月國家標準GB/T 20299.4—2006標準采納了LonWorks技術作為中國商業樓宇和住宅建設市場首選的控制聯網技術。

1.2 LonWorks電力線載波技術

LonWorks電力線載波技術為基礎透過電力線載波智能收發器完成數據通信。LonWorks載波智能收發通訊方式是采用帶有DSP增強接收器的雙頻BPSK，具有以下的特點：

窄帶技術,數字信號處理技術：系統將噪聲抑制和畸變糾正的專利算法技術應用到數字信號處理內核中。這些性能使得收發器可以糾正電力線信號中多種多樣的干擾，包括脈沖噪聲，連續音頻噪聲、相位畸變等。

獨特的雙載頻工作方式 ：當第一載波頻率由于噪聲而阻塞時，會自動切換到第二載波頻率 ，兩個載波頻率選擇時，考慮了避免由于諧波而導致兩個頻率同時被阻塞，這些，確保了即使在有噪聲的情況下，數據包仍能可靠地接收。

前向糾錯：許多噪聲源主要是通過損壞數據包的辦法來干擾電力線信號。神經元智能收發器在循環冗余校驗碼的基礎上，采用高效低消耗的前向糾錯碼(FEC)算法來克服錯誤包。

強大的輸出放大器：外接高輸出放大器的智能收發器可以發出滿足世界發射要求的7V峰峰值信號。

寬廣的動態范圍：動態范圍和接收器的靈敏度有關。 神經元智能收發器的動態范圍達到＞80dB。在一條低噪安靜的傳輸線上智能收發器可以接收衰減達104的信號。

2 LONWORKS電力線載波技術在應急照明和疏散指示系統的應用

以LONWORKS 電力線載波技術作為核心技術研制出的HOCEN-EMCS智能應急照明和疏散指示系統，可行成開放式、先進的、通訊穩定、自由拓撲、施工方便、成本低的疏散指示網絡控制技術，為火災時逃生人員指明一條安全、快捷、有序的逃生路線，避免了大量人員傷亡。

下面就LONWORKS智能應急照明和疏散指示系統在濰坊市奧體中心體育場工程中的實際應用，進行系統介紹。

濰坊市奧體中心體育場采用基于LONWORKS電力載波技術的智能應急照明和疏散指示系統，該系統具有先進性、可互操作性、通訊的穩定性、施工方便和成本等特點，從而把該系統方便地納入了BACNET系統，同時監控EPS應急供電系統方便了整個體育場的統一管理。

2.1 系統的構成(見圖1）

該站房 LONWORKS智能應急照明和疏散指示系統由1臺中央監控主機、1條LonBus-PL通訊總線、1套LONTALKS通訊協議、1套應用軟件、1套應急疏散預案軟件、17臺集中區域路由配電箱、284個疏散照明燈具和標志燈及安全出口燈具、樓層顯示燈具等組成。每個帶有獨立地址的燈具均配有1個神經元芯片，每個神經元芯片具有3個8位的CPU微處理器。

2.2 系統的通訊接口

該系統采用網絡服務接口，可通過i. LON 100e2互聯網服務器與BACNET系統連接，實現統一管理；主機與火災報警主機采用RS232接口連接，通過網關把外部專用的傳統系統(FAS系統) 連接到LONWORKS系統，即把FAS系統專用的基于指令的報文翻譯成基于信息的LONWORKS網絡使用的網絡變量，以接收來自FAS系統的火警聯動信號；系統同時可以監控EPS集中電源系統。

2.3 系統的布線

中央監控主機采用LonBus-PL總線與路由配電箱中的路由器連接透過路由器連接應急燈具，通過lontalk協議進行通訊。

具體連接方式為主機和路由器之間采用1對四類網絡通訊線連接，路由器和燈具之間采用普通的電力線即實現電力傳輸又實現通訊傳輸，無需另外敷設通訊線，從而實現對燈具的控制和監測。

2.4 系統設備介紹

2.4.1 中央監控主機（控制器）

該站房采用1臺立柜式中央監控主機，落地安裝于消防控制中心。主機可帶多達32385個底層設備（燈具），可帶255臺路由設備，每個路由設備最多可帶127個燈具。

主機的構成：工業控制計算機、數據采集卡、網絡服務接口、網關、R S 485、RS232及USB接口、17″全彩液晶顯示器、打印機、UPS備用電源及應用軟件和疏散預案軟件及機柜等。

主機的功能：

為B A C N E T系統提供各種信息，以便整個項目進行統一、協調的管理。

接收來自于FAS系統的火警信號，并向燈具發出強迫點燈、調向、頻閃、滅燈、語音提示等命令，為火災現場的逃生人員指示一條安全、快捷、有序的逃生路線。

主機自動實時監測通訊供電線路、系統組件、蓄電池、應急光源等是否工作正常；如發生故障，會發出聲、光故障信號，并指示故障部位，提醒工作人員進行維修。

主機具有人性化設計的CAD平面圖形監控功能，能實時顯示燈具的狀態、燈具的地理位置、火災發生地點、能動態顯示應急疏散逃生路線；并顯示應急啟動時間。

定期檢測應急轉換功能和應急持續時間，并滿足以下要求：

1.可根據不同標準要求設定檢測周期和檢測時間；根據濰坊市相關規定，確定濰坊市奧體中心體育場的檢測周期為一個月。

圖 1

2.為避免在檢測過程中發生火災，可設定檢測間隔燈具的數量和時 間；為使監測數據準確，自動避開檢測前已經發生應急放電情況的燈具。

2.4.2 LonBus-PL通訊總線

Lon Bus-P L通訊總線是基于美國ECHELON公司的LONWORKS電力載波控制技術的通訊控制總線，采用lontalk協議進行通訊。由1對四類網絡通訊線和普通BV電力線組成。主機和路由器之間采用1對四類網絡通訊線連接，路由器和燈具之間采用普通的電力線即實現電力傳輸又實現通訊傳輸，無需另外敷設通訊線，大大節省了施工成本。

3 系統主要監控功能

3.1 監測功能

監控系統供電（通訊）網絡各回路開路、短路監測。

實時監測與網絡連接的應急燈具（節點）開路、短路。

實時監測應急燈具蓄電池、光源故障。

實時監測應急燈具蓄電池的充電狀態。

定時監測應急燈具蓄電池應急時間（電池容量）。

定時監測系統應急預案啟動及應急燈應急轉換功能。

3.2 控制功能

智能開關技術可以遠程設定應急燈具（節點）基本工作方式，如持續式、非持續式、可控式。

智能開關技術還可以遠程設定和控制語音提示、導光流、頻閃、等其他聯動功能。

配合監測系統可以自動控制或手動控制應急燈具的應急轉換功能，以確保完成監測任務。

3.3 智能動態導光

智能動態導光技術根據火災探測器報警系統發出的聯動信號確定火災區域結合相關預案信息，由計算機分析選擇最佳逃生路線，并發出指令控制標志燈導向箭頭的光流方向，同時可以結合語音提示引導。

智能動態導光技術可以通過手動操作選擇由計算機預先設定的應急預案，人為啟動應急預案計算機自動選擇最佳逃生路線，并發出指令控制標志燈導向箭頭的光流方向，同時可以結合語音提示引導。

目前，國內消防應急疏散照明監控系統遵循國標G B 17945-2000《消防應急燈具》，定義為集中控制型消防應急燈具。其要求：控制器應能控制并顯示與其相連的所有消防應急燈具的工作狀態，并顯示應急啟動時間；控制器應能防止非專業人員操作；控制器在與其相連的消防應急燈具之間的連接線開路、短路（短路時消防應急燈具轉入應急狀態除外）時，應發出聲、光故障信號，并指示故障部位；聲故障信號應能手動消除，當有新的故障信號時，聲故障信號應能再啟動。光故障信號在故障排除前應保持。為此，建立一個可靠、有效、完善的消防應急疏散照明監控系統，監督應急疏散照明系統的運行狀態是系統中設備保持正常運行，并根據火災報警聯動信號及其他災情信息，通過計算機分析選擇最佳逃生路線后控制應急標志箭頭方向指引逃生。本文介紹采用LONWORKS電力載波控制網絡技術實現的消防應急疏散照明智能監控系統的完整解決方案。

結束語

本文重點介紹LONWORKS控制網絡技術在消防應急疏散照明智能監控系統中的應用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.105