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(yīng)急燈是在發(fā)生緊急情況下，當(dāng)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(guān)系到整個(gè)建筑設(shè)備與人員的安全。但如今的消防應(yīng)急燈還有著很多方面的不足：其一，消防應(yīng)急燈具在正常情況下都處于閑置狀態(tài)，很容易被人所忽視，會(huì)造成檢修方面的疏忽使得在關(guān)鍵時(shí)刻不能發(fā)揮出它的作用。其二，它的功能較為單一，只有在消防應(yīng)急時(shí)才能發(fā)揮它的作用，并且在多數(shù)的應(yīng)急場(chǎng)所都要額外使用普通照明燈，這種傳統(tǒng)照明和應(yīng)急照明相互獨(dú)立，無法共享的工作模式造成了極大的資源浪費(fèi)。其三配備大容量密封電池，對(duì)于節(jié)能環(huán)保非常的不利。其四，在燈具故障檢測(cè)方面也有不少的進(jìn)步空間。目前絕大多數(shù)的消防應(yīng)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(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)》GB13495-92 中規(guī)定，工作人員應(yīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)到消防應(yīng)急燈具的電源狀態(tài)。綜上所述，消防應(yīng)急照明設(shè)備還有很大的改善空間，還未有成熟的產(chǎn)品問世，所以本項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)出一個(gè)節(jié)能環(huán)保，實(shí)時(shí)監(jiān)控的集中控制型LED消防與日常為一體的應(yīng)急燈。

1 系統(tǒng)功能概述

1.1 應(yīng)急照明與日常照明兩用

大部分時(shí)間內(nèi)，應(yīng)急燈具都為普通照明工作狀態(tài)。在此工作狀態(tài)下，應(yīng)急燈具應(yīng)達(dá)到我國(guó)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2004）中的相關(guān)照度要求，在樓梯間、電梯前室、停車場(chǎng)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(huán)境質(zhì)量，營(yíng)造良好的光照氛圍。而當(dāng)在遇到緊急情況時(shí)，通過各個(gè)傳感器迅速判斷并作出反應(yīng)，切換至應(yīng)急照明狀態(tài)，火災(zāi)探測(cè)器檢測(cè)火災(zāi)信號(hào)，在模塊的作用下將信息反饋到消防聯(lián)動(dòng)控制器，建筑里的消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)設(shè)備滅火，消防應(yīng)急燈輔助人員安全逃生。同時(shí)，上位機(jī)接收到充電保護(hù)電路以及故障檢測(cè)電路反饋的工作信號(hào)。

1.2 實(shí)時(shí)智能監(jiān)控

消防應(yīng)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(guó)大多數(shù)的消防應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)EN50172 規(guī)定大型建筑內(nèi)應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)應(yīng)急照明電路的狀態(tài)及燈管狀況。由此可知，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在消防應(yīng)急燈上發(fā)揮不可忽視的作用。監(jiān)控功能由檢測(cè)電路完成，并將電路狀態(tài)反饋至上位機(jī)，在操作平臺(tái)的輔助下準(zhǔn)確判斷故障原因，提高維修效率。確保當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消防應(yīng)急照明模式能正常工作，其中應(yīng)急燈在消防照明模式宜連續(xù)工作90 min 以上。

2 系統(tǒng)所使用的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 消防應(yīng)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(tǒng)供電。在集中控制型消防應(yīng)急照明系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生緊急情況供電不正常時(shí)，照明集中控制器切換到應(yīng)急照明回路，進(jìn)入應(yīng)急照明狀態(tài)，這時(shí)消防聯(lián)動(dòng)控制器或火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器（聯(lián)動(dòng)性）聯(lián)動(dòng)控制照明集中控制器。照明集中控制器接收應(yīng)急照明回路的應(yīng)急工作狀態(tài)以及故障狀態(tài)，并將信號(hào)反饋至消防聯(lián)動(dòng)控制器，同時(shí)火災(zāi)探測(cè)器觸發(fā)消防聯(lián)動(dòng)控制器控制消防設(shè)備的工作。照明集中控制器將工作狀態(tài)和工作模式通過互聯(lián)網(wǎng)，將信息傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器，使工作人員在上位機(jī)，手機(jī)端進(jìn)行監(jiān)控。

2.2 檢測(cè)功能的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)意在消防應(yīng)急燈的普通照明回路和消防應(yīng)急照明回路加入檢測(cè)電路完成檢測(cè)故障的功能。檢測(cè)電路由機(jī)械檢測(cè)回路和手動(dòng)檢測(cè)回路組成，機(jī)械檢測(cè)回路中串聯(lián)常閉開關(guān)、漏電保護(hù)器、熔斷器等，當(dāng)回路漏電，超出最大負(fù)荷而導(dǎo)致應(yīng)急燈熄滅，常閉開關(guān)斷開，檢測(cè)電路及時(shí)檢測(cè)到故障信號(hào)。手動(dòng)檢測(cè)回路由人員按下手動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)，若應(yīng)急燈亮則說明回路無故障，手動(dòng)開關(guān)也可由聲控開關(guān)替代手動(dòng)開關(guān)。任意一條回路都能講檢測(cè)到的故障信號(hào)反饋至數(shù)服務(wù)器，由服務(wù)器將信息傳輸至上位機(jī)，方便人員維修。

2.3 人機(jī)交互與系統(tǒng)集中控制

通過集中控制式的系統(tǒng)可以時(shí)刻檢測(cè)整個(gè)照明系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能準(zhǔn)確迅速地找出故障點(diǎn)和所發(fā)生的問題。人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)可以方便工作人員掌握整個(gè)系統(tǒng)的狀況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控。PC 端和控制系統(tǒng)之間的信息傳輸在整個(gè)消防應(yīng)急系統(tǒng)中起到了重要的作用，我們選擇CAN 總線通訊方式，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)集中控制系統(tǒng)及各個(gè)照明單元的信息交互問題。CAN 總線支持遠(yuǎn)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(yīng)，性價(jià)比高，且檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲或強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中工作。綜合對(duì)比系統(tǒng)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(gè)獨(dú)立的照明單元在完成數(shù)據(jù)采集后傳給集中控制器與人機(jī)交互界面進(jìn)行通訊。

3 功能創(chuàng)新在系統(tǒng)中的體現(xiàn)

3.1 兩種工作模式

該消防應(yīng)急燈能同時(shí)滿足消防應(yīng)急和日常照明要求，平時(shí)用于日常照明，停電時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)為應(yīng)急照明，在設(shè)置消防應(yīng)急照明和日常照明的場(chǎng)所可以使用，如商場(chǎng)的疏散通道、居民住宅的走廊、地下停車場(chǎng)的出入口等重要公共區(qū)域。

圖1 應(yīng)急照明系統(tǒng)原理圖

3.2 一體化設(shè)計(jì)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，該消防應(yīng)急燈將光源、電源和控制電路結(jié)合一體，使正常照明和應(yīng)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(shè)計(jì)看，燈具外形美觀，將燈安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)座上，可以小范圍調(diào)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(shí)間都處于正常照明模式，當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，工作人員可在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)燈具不能正常工作并進(jìn)行維修，且上位機(jī)能實(shí)時(shí)監(jiān)控電路的狀態(tài)，方便人員對(duì)照明系統(tǒng)的監(jiān)控，保證了當(dāng)緊急事故發(fā)生時(shí)應(yīng)急燈的可靠性。

3.4 節(jié)能環(huán)保

作為消防兩用燈的發(fā)光源，LED 發(fā)光二極管具有耗能低，適用性強(qiáng)，穩(wěn)定性高，節(jié)能性好等優(yōu)點(diǎn)。與同光效的白熾燈相比，發(fā)光二極管的耗能減少了80%，使用時(shí)間達(dá)10 萬(wàn)小時(shí)，且不含有汞等有害金屬材料。

4 結(jié)語(yǔ)

本文所提到的集中控制型LED 消防和日常為一體式的應(yīng)急燈，針對(duì)目前消防應(yīng)急系統(tǒng)的需求結(jié)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(jī)交互系統(tǒng)解決方案。對(duì)集中控制系統(tǒng)的整體功能和設(shè)計(jì)進(jìn)行了描述，重點(diǎn)解釋了不同功能的關(guān)鍵技術(shù)和核心思想。通過在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，表明本系統(tǒng)的性能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的各種功能，能夠在成本、效率、簡(jiǎn)便度等方面取得一個(gè)較好的平衡點(diǎn)。同時(shí)兩用燈降低了消防應(yīng)急燈平時(shí)不被使用能源浪費(fèi)的現(xiàn)象；設(shè)計(jì)的思想對(duì)于建筑物消防節(jié)能領(lǐng)域也有一定的參考價(jià)值。