黎青霖 迟耀丹 陈 乔 姜皓铭 朱 同

0 引言

消防应急灯是在发生紧急情况下，当正常照明被切断后，指引人员有序逃生的一种专用照明灯具，它关系到整个建筑设备与人员的安全。但如今的消防应急灯还有着很多方面的不足：其一，消防应急灯具在正常情况下都处于闲置状态，很容易被人所忽视，会造成检修方面的疏忽使得在关键时刻不能发挥出它的作用。其二，它的功能较为单一，只有在消防应急时才能发挥它的作用，并且在多数的应急场所都要额外使用普通照明灯，这种传统照明和应急照明相互独立，无法共享的工作模式造成了极大的资源浪费。其三配备大容量密封电池，对于节能环保非常的不利。其四，在灯具故障检测方面也有不少的进步空间。目前绝大多数的消防应急灯使用的还是普通的白炽灯和荧光灯，耗电量非常大，《消防应急照明和疏散指示系统》GB13495-92 中规定，工作人员应实时检测到消防应急灯具的电源状态。综上所述，消防应急照明设备还有很大的改善空间，还未有成熟的产品问世，所以本项目旨在设计出一个节能环保，实时监控的集中控制型LED消防与日常为一体的应急灯。

1 系统功能概述

1.1 应急照明与日常照明两用

大部分时间内，应急灯具都为普通照明工作状态。在此工作状态下，应急灯具应达到我国《建筑照明设计标准》（GB 50034—2004）中的相关照度要求，在楼梯间、电梯前室、停车场出入口等重要公共通道，满足最基本的视觉要求，充分改善环境质量，营造良好的光照氛围。而当在遇到紧急情况时，通过各个传感器迅速判断并作出反应，切换至应急照明状态，火灾探测器检测火灾信号，在模块的作用下将信息反馈到消防联动控制器，建筑里的消防联动系统启动设备灭火，消防应急灯辅助人员安全逃生。同时，上位机接收到充电保护电路以及故障检测电路反馈的工作信号。

1.2 实时智能监控

消防应急灯的控制方式包括分散式（局部式）、半集中式、总线集中式。我国大多数的消防应急灯都是在自带蓄电池充电的情况下自主工作的。新的欧洲标准EN50172 规定大型建筑内应设置应急照明自动检测系统，实时检测应急照明电路的状态及灯管状况。由此可知，自动检测技术在消防应急灯上发挥不可忽视的作用。监控功能由检测电路完成，并将电路状态反馈至上位机，在操作平台的辅助下准确判断故障原因，提高维修效率。确保当火灾发生时，消防应急照明模式能正常工作，其中应急灯在消防照明模式宜连续工作90 min 以上。

2 系统所使用的关键技术

2.1 消防应急照明与日常照明的双回路智能控制

一般情况下，日常照明回路正常工作，市电接入建筑给照明系统供电。在集中控制型消防应急照明系统中，当发生紧急情况供电不正常时，照明集中控制器切换到应急照明回路，进入应急照明状态，这时消防联动控制器或火灾自动报警控制器（联动性）联动控制照明集中控制器。照明集中控制器接收应急照明回路的应急工作状态以及故障状态，并将信号反馈至消防联动控制器，同时火灾探测器触发消防联动控制器控制消防设备的工作。照明集中控制器将工作状态和工作模式通过互联网，将信息传到数据服务器，使工作人员在上位机，手机端进行监控。

2.2 检测功能的设计

本设计意在消防应急灯的普通照明回路和消防应急照明回路加入检测电路完成检测故障的功能。检测电路由机械检测回路和手动检测回路组成，机械检测回路中串联常闭开关、漏电保护器、熔断器等，当回路漏电，超出最大负荷而导致应急灯熄灭，常闭开关断开，检测电路及时检测到故障信号。手动检测回路由人员按下手动开关实现，若应急灯亮则说明回路无故障，手动开关也可由声控开关替代手动开关。任意一条回路都能讲检测到的故障信号反馈至数服务器，由服务器将信息传输至上位机，方便人员维修。

2.3 人机交互与系统集中控制

通过集中控制式的系统可以时刻检测整个照明系统的工作状态，在系统发生故障时能准确迅速地找出故障点和所发生的问题。人机交互界面的设计可以方便工作人员掌握整个系统的状况，实现远程检测和实时监控。PC 端和控制系统之间的信息传输在整个消防应急系统中起到了重要的作用，我们选择CAN 总线通讯方式，实现上位机对集中控制系统及各个照明单元的信息交互问题。CAN 总线支持远距离传输，采用双线串行通信方式，因此能快速传输信息且迅速做出反应，性价比高，且检错能力强，可在高噪声或强电磁干扰环境中工作。综合对比系统的体积、成本和耗能等问题，CAN 总线通讯方式是较好的选择方式。每个独立的照明单元在完成数据采集后传给集中控制器与人机交互界面进行通讯。

3 功能创新在系统中的体现

3.1 两种工作模式

该消防应急灯能同时满足消防应急和日常照明要求，平时用于日常照明，停电时自动转为应急照明，在设置消防应急照明和日常照明的场所可以使用，如商场的疏散通道、居民住宅的走廊、地下停车场的出入口等重要公共区域。

图1 应急照明系统原理图

3.2 一体化设计

内部结构方面，该消防应急灯将光源、电源和控制电路结合一体，使正常照明和应急照明两种工作模式能在不同的情况下切换使用。从外部设计看，灯具外形美观，将灯安装在转动座上，可以小范围调整光源照射方向，增加照度面积，使用方便。

3.3 可靠性高

灯具大部分时间都处于正常照明模式，当电路发生故障时，工作人员可在第一时间发现灯具不能正常工作并进行维修，且上位机能实时监控电路的状态，方便人员对照明系统的监控，保证了当紧急事故发生时应急灯的可靠性。

3.4 节能环保

作为消防两用灯的发光源，LED 发光二极管具有耗能低，适用性强，稳定性高，节能性好等优点。与同光效的白炽灯相比，发光二极管的耗能减少了80%，使用时间达10 万小时，且不含有汞等有害金属材料。

4 结语

本文所提到的集中控制型LED 消防和日常为一体式的应急灯，针对目前消防应急系统的需求结合普通照明方式存在的不足，提出一种基于集中控制和人机交互系统解决方案。对集中控制系统的整体功能和设计进行了描述，重点解释了不同功能的关键技术和核心思想。通过在实验室试验平台上进行测试，表明本系统的性能达到设计目标，实现了预期的各种功能，能够在成本、效率、简便度等方面取得一个较好的平衡点。同时两用灯降低了消防应急灯平时不被使用能源浪费的现象；设计的思想对于建筑物消防节能领域也有一定的参考价值。