摘要

    本文介紹了一種采用POWERBUS總線設計的消防應急照明與疏散指示系統(tǒng)，給出了整體的設計方案、框架圖。以燈具為控制的執(zhí)行終端，通過分配電進行電源與通訊的轉換，由應急照明控制器執(zhí)行與FAS系統(tǒng)的聯(lián)動并響應消防應急及疏散指示預案。簡介了消防應急照明與疏散指示系統(tǒng)的產(chǎn)品設計，說明了系統(tǒng)的架構及POWERBUS總線的設計要點等。

1引言

    火災是人類所面臨的最嚴重的災害之一，發(fā)生的頻率則在各種災害之首。近年來國內經(jīng)濟的迅速發(fā)展，各種超高型、結構復雜的現(xiàn)代建筑如雨后春筍般崛起，建筑物內部結構趨向復雜化，一般都安裝有電梯或扶梯，人們習慣于使用這些設備上下樓，很多人都不知道疏散樓梯間的位置，尤其是一些公共建筑物內聚集的人群來自不同的地方，他們不一定熟悉建筑物內的環(huán)境。一旦發(fā)生火災，由于周圍環(huán)境或煙霧影響而無法正確的逃生路線，往往是隨著人流盲目尋找逃生路徑，浪費了很多逃生的寶貴時間。如果沒有有效的疏散指示標志的指示，人們很難找到疏散方向。有效地疏散指示標志系統(tǒng)不僅能夠指引人們確定正確的疏散方向，避免盲目逃生，而且可以減少疏散時間。

    智能消防應急照明與疏散指示系統(tǒng)，將以往傳統(tǒng)的疏散理念，提升為智能化。綜合煙感等傳感器，可以智能的判斷出著火點位置。智能生成逃生路徑，引導人員遠離著火點、就近疏散撤離，使疏散逃生指示與火災狀況和疏散設施動作狀況實現(xiàn)協(xié)同聯(lián)動，給人員逃離提供了最佳途徑并極大的縮短了逃生所需時間，最大限度的保證了人身的安全。本文所介紹的就是一種基于POWERBUS總線設計的消防應急照明及疏散指示系統(tǒng)，該系統(tǒng)簡化了產(chǎn)品的拓撲，優(yōu)化了現(xiàn)場的線路布局。不僅節(jié)省了電氣設計、施工的成本，同時極大的方便了現(xiàn)場調試與后期維護。

2系統(tǒng)設計方案概述

    本文介紹的消防應急照明與疏散指示系統(tǒng)，采用應急照明控制器、應急照明與疏散指示分配電箱、各種燈具，構成了三級系統(tǒng)。其中，燈具采用POWERBUS總線設計，將燈具的電源與通訊總線完美整合，2根線既是通訊線也是電源線。極大的解決了消防設計中，多種線路設計的復雜性問題。燈具通過POWERBUS總線可實時接受控制器的命令，同時將燈具的故障信息、亮滅狀態(tài)等通過POWERBUS總線上傳到應急照明與疏散指示分配電箱中。應急照明與疏散指示分配電箱可實時監(jiān)測輸入的電源狀態(tài)，當輸入的交流電源故障時刻控制電源投切至備用電池，保證了其輸出支路上燈具的正常運行。應急照明控制器通過RS485總線與應急照明與疏散指示分配電箱進行通訊，實時監(jiān)測各個燈具及各個分配電箱的運行狀態(tài)，并根據(jù)FAS系統(tǒng)檢測的煙感信號執(zhí)行相應的逃生預案。

3系統(tǒng)設計說明

    智能消防應急照明與疏散指示系統(tǒng)的架構框圖如圖所示：

圖1智能消防應急照明與疏散指示系統(tǒng)拓撲圖

    消防應急照明與疏散指示系統(tǒng)采用三級架構設計，其中包括應急照明控制器、分配電箱、應急照明與疏散指示燈具。系統(tǒng)的電源由EPS電源輸出提供，當發(fā)生火災、市電缺失時，EPS電源可自動實現(xiàn)投切，切斷市電輸出回路，同時將內部所帶蓄電池的電能逆變成AC220V輸出，保證了智能消防應急照明與疏散指示系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，確保正確指示逃生路線指引人員撤離。EPS電源可通過RS485總線會將電源信息實時上傳給應急照明控制器顯示。若EPS電源發(fā)生故障，工作人員可在應急照明控制器上觀察到，以便維修。

3.1應急照明控制器

    應急照明控制器是智能消防應急照明與疏散指示系統(tǒng)的中樞控制單元，系統(tǒng)所有的功能均由應急照明控制器下達命令。同時，控制器實時監(jiān)測系統(tǒng)的各個運行參數(shù)及設備狀態(tài)。其功能包括：

（1）監(jiān)測、顯示所有燈具及分配電信息：

    應急照明控制器中可導入所有建、構筑物的建筑圖紙，并根據(jù)圖紙標識設置燈具、分配電箱。系統(tǒng)運行時，應急照明控制器可實時監(jiān)測顯示燈具的亮滅狀態(tài)、報警信息等，可實時監(jiān)測顯示各個分配電箱的主備電運行狀態(tài)及報警信息。

（2）錄入、修改、啟動逃生預案：

    應急照明控制器中可錄入相應的虛擬煙感，根據(jù)煙感檢測的不同位置著火點智能生成最佳逃生路線，逃生路線也可人為錄入、修改。當發(fā)生火災時，應急照明控制器可自動啟動逃生預案，并將命令下發(fā)給所有分配電箱及燈具，整個系統(tǒng)協(xié)同運行指示逃生路線。

（3）與FAS系統(tǒng)聯(lián)動：

    FAS（FireAlarmSystem）系統(tǒng)是火災報警系統(tǒng)，一般由火災探測器（煙感監(jiān)測器）、區(qū)域報警器和集中報警器組成，有時也可以根據(jù)工程的要求同各種滅火設施和通訊裝置聯(lián)動，以形成中心控制系統(tǒng)。

    當FAS系統(tǒng)檢測到有火點報警信號后，會以通訊方式（或者干接點方式）將火點位置信號傳遞給應急照明控制器。應急照明控制器接收到火點位置信號后，會將火點位置與疏散指示系統(tǒng)中的虛擬煙感匹配，進而觸發(fā)生成相應的逃生預案。

（4）實時監(jiān)測電源，控制電源投切：

    應急照明控制器可實時監(jiān)測輸入的交流工作電源是否異常。當輸入交流工作電源異常，應急照明控制器可自動控制電源投切至備用電源保證系統(tǒng)運行。

（5）實時監(jiān)測、維護蓄電池：

    根據(jù)GB17945-2010《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)》中第6.3.7.5條款中要求：備用電源應至少能保證應急照明控制器正常工作3h。所以應急照明控制器中配備了一定容量的蓄電池。當交流電源輸入正常時，應急照明控制器實時監(jiān)測電池信息，可對電池進行充電維護；當交流電源輸入異常時，應急照明控制器可將電池投入，保證自身穩(wěn)定運行3h以上。

（6）聲、光等狀態(tài)顯示：

    應急照明控制器可通過各種指示燈指示當前系統(tǒng)運行狀態(tài)，當燈具、分配電、控制器自身發(fā)生故障時，可發(fā)出聲光報警直至故障解除。當系統(tǒng)進入火災應急狀態(tài)時，系統(tǒng)同樣可以聲光信號顯示，進而提醒消防控制室人員積極應對。

（7）打印消防聯(lián)動信息：

    應急照明控制器響應火災報警時，可實時打印執(zhí)行的預案內容、執(zhí)行時間等信息，以備報警解除時查驗。

3.2分配電箱

    分配電箱是消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)中的重要組成部分，承上其可與應急照明控制器通訊接收指令，啟下其可與各種燈具通訊發(fā)送控制命令。具體功能如下：

（1）與應急照明控制器通訊：

    分配電箱實時與應急照明控制器通訊，可接收應急照明控制器的疏散指令，并將自身的運行信息上傳，將所帶的所有的燈具信息上傳。

（2）為下級設備提供穩(wěn)定電源：

    分配電箱可輸出多路電源，每路支路上可掛接燈具。分配電箱可實時監(jiān)測兩路交流輸入電源的電壓、電流信息。當主電故障時，分配電箱可自動進行投切至備用電源，保證所有輸出支路的電源穩(wěn)定，進而保證燈具運行正常。主電恢復正常后，可恢復主電供電。

（3）監(jiān)測、控制燈具：

    分配電箱通過POWERBUS總線與燈具連接，不僅為燈具供電，而且實時監(jiān)測燈具的亮滅狀態(tài)、報警信息等。當主電故障或系統(tǒng)發(fā)生火災時，可控制燈具進入應急狀態(tài)。

3.3消防應急照明與疏散指示燈具

燈具按照用途可分為疏散標志燈具和應急照明燈具。每種燈具的日常狀態(tài)及應急狀態(tài)均有不同。

（1）標志燈具——用于指示疏散路徑，常見的燈具根據(jù)圖案及功能又可分為多種類型，包括：

①左向指示燈：多為懸掛或壁掛式，指示逃生路線向左。

②右向指示燈：多為懸掛或壁掛式，指示逃生路線向右。

③雙向指示燈：多為懸掛或壁掛式，指示兩側均可逃生。當一方有火災時，可熄滅該指向并指向另一方逃生。

④安全出口燈：多為懸掛式且安裝在門口等出口位置，指示該出口為逃生出口。

⑤語音報警燈：多為懸掛式且安裝在門口等出口位置，可發(fā)出語音提示，如：“這里是安全出口”等，指示該出口為逃生出口。

⑥單向地埋燈：多安裝在地面，IP等級要求較高，箭頭所指為逃生路線。

⑦雙向地埋燈：多安裝在地面，IP等級要求較高，前、后箭頭所指為逃生路線。當一方有火災時，可熄滅該指向并指向另一方逃生。

標志燈具在平時工作時，為常亮指示；當發(fā)生火災或應急啟動時，將按照逃生路徑改變，同時燈具將會以1Hz頻率閃爍。

（2）應急照明燈具——用于火災發(fā)生時照亮逃生路徑，常見燈具根據(jù)樣式又可分為：

①單頭應急照明燈：可為嵌入式或吸頂式，一般安裝在建、構筑物的頂棚。

②雙頭應急照明燈：多為壁掛式，一般安裝在逃生通道中，如走廊、樓梯拐角等處。

應急照明燈具平時工作時，為熄滅狀態(tài)；當發(fā)生火災或應急啟動時，應急照明燈常亮。

    本文所設計的消防應急照明燈具和疏散指示燈具具備燈具可實時檢測燈具自身的運行信息，包括燈具的亮滅狀態(tài)以及燈具的報警信息 （如燈具支路的開路報警、短路報警等）。燈具通過POWERBUS總線與分配電箱實時通訊，將自身的運行信息上傳給分配電，同時接受分配電箱的控制。

4POWERBUS總線設計

    POWERBUS總線屬于低壓供電總線技術。通過在供電電纜上調制控制信號，替代了傳統(tǒng)分離的控制電纜和供電電纜并大幅度提高通訊穩(wěn)定性。POWERBUS總線采用滿幅電壓發(fā)送，電流信號回傳的方式，提供了高通訊抗干擾能力。其特性如下：

總線可供電，通訊和供電無需電氣隔離

總線抗干擾能力強，可與市電并走

可支持總線電流20A（2400bps）

具備總線短路保護，短路移除自動恢復總線

故障信號上報功能

可同時掛接256個設備

通訊距離可達3000m

支持無極性布線

支持任意拓撲布線：樹形，星形，總線型

無特殊線纜要求

最新的更低成本解決方案

最大總線電壓可達48V

透明串口協(xié)議，可兼容原RS485系統(tǒng)

支持通訊速率9600bps和2400bps半雙工通訊

可隔離設計又可非隔離設計，保證電磁兼容特性

    在本文所介紹的智能消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)中，燈具與分配電箱采用POWERBUS總線進行通訊。燈具為POWERBUS總線的從站，分配電箱為POWERBUS總線的主站。下邊分別介紹下主站與從站的設計。

4.1POWERBUS總線主站設計

    分配電箱作為POWERBUS總線通訊的主站，采用PB620進行設計。PB620能適應現(xiàn)場使用的各種線材并實現(xiàn)遠距離通訊的功能。電纜可以總線型、樹型或星型等任意方式鋪設，極大方便施工布線，并且可以防止錯接發(fā)生，簡化施工維護。

PB620可對POWERBUS總線提供電源管理功能，實現(xiàn)對總線的供電、通訊和故障監(jiān)測。其基本應用電路如圖2所示：

圖2PB620基本應用電路

采用PB620作為主站進行設計時，需注意以下幾點：

（1）總線短路保護

    PB620具備完整的總線故障檢測機制。當總線發(fā)生線上短路時，PB620會立刻關斷總線，防止線路意外，并保護主站功率器件防止損壞。

    總線正常時PB620的BRK（Pin20）引腳會輸出高電平（3.3V典型值），可將此信號用于上報信號進行處理，或用于切換繼電器或LED指示信號。總線短路發(fā)生后，BRK引腳會輸出低電平。當短路移除后，PowerBus總線會自動開啟，并恢復BRK引腳高電平。

（2）HP模式

    HP為高功率模式切換引腳，內部設有上拉電阻。此引腳用來選擇工作模式和通訊速率。將此引腳空懸或者拉高：UART通訊速率為9600bps，支持總線電流為5A。將此引腳接地，進入高功率模式：UART通訊速率為2400bps，可支持最大總線電流為20A。

（3）總線供電電壓

    PB620為PowerBus技術主機IC，屬于低壓直流供電總線，支持總線電壓直流12V-48V?？偩€電壓請根據(jù)行業(yè)要求、從站電壓需求、線材電壓損耗，在這個范圍內選取。通常與直流供電線無異。將外置直流電源或備用電池連接至V+和GND之間。并根據(jù)總線電流，設置合適容量的穩(wěn)壓電容。

（4）PB620供電電源

    PB620使用3.3V直流電源供給?？墒褂镁€性穩(wěn)壓器或LDO為PB620提供電源供給，也可以和MCU使用同一電源輸入。注意請盡量不要使用DC/DC開關穩(wěn)壓器為PB620供電。注意，不要使用5V為PB620供電，會導致?lián)p壞。如系統(tǒng)主機中使用多個PB620，可使用同一供電電源。

（5）多回路應用

    經(jīng)常有一些主機端多回路輸出的應用。當使用一個電源為多個PB620回路供電的時候，現(xiàn)場可能會出現(xiàn)供電引起的多回路之間串擾干擾，如電源只供給一個PB620使用將不存在串擾問題。在這種應用條件下，不可使用“圖2PB620基本應用電路”中的外圍電路設置，而要使用PB620隔離電路。

4.2POWERBUS總線從站設計

    在本設計中，燈具作為POWERBUS總線的從站，其將自身運行及報警信息實時回傳。從站采用PB331芯片設計，PB331是POWERBUS技術的從站通訊芯片。POWERBUS采用電壓發(fā)送，電流信號回傳的方式，提供了高通訊抗干擾能力。PB331能適應現(xiàn)場使用的各種線材并實現(xiàn)遠距離通訊的功能。電纜可以總線型、樹型或星型等任意方式鋪設，極大方便施工布線，并且可以防止錯接發(fā)生，簡化施工維護。其基本應用電路如圖3所示：

圖3PB331基本應用電路

采用PB331作為從站進行設計時，需注意以下幾點：

（1）UART通訊接口

    PB331波特率根據(jù)主機設置自適應9600bps和2400bps。接收和發(fā)送自適應支持8位9位數(shù)據(jù)方式，第9位可以是數(shù)據(jù)位、校驗位、地址位。

8位串口數(shù)據(jù):起始位+8位數(shù)據(jù)位+停止位。

9位串口數(shù)據(jù):起始位+8位數(shù)據(jù)位+第9位數(shù)據(jù)位+停止位。

（2）負載要求

    POWERBUS總線是智能低壓供電二總線，負載可以是任意負載，包括阻性或感性。負載可以是：電動機、步進電機、電熱執(zhí)行器、繼電器、高功率LED。負載電流動態(tài)變化，不會影響通訊。

（3）PB331的供電

    PB331為寬供電范圍，可以使用LDO或DC/DC降壓器，且可以與MCU共用供電系統(tǒng)。供電電源可以從總線提供，也可以從備電電池或者其他外部市電降壓供電。

（4）短路保護

    圖3中FUSE可以是可恢復保險絲PPTC，也可以是電阻。作用為防止短路和減少上電沖擊。若從站損壞變成短路狀態(tài)時，F(xiàn)USE可以使此從站從總線脫離，而不影響總線和其他從站。主站可以通過巡檢檢測到此故障。

5結語

    本文主要介紹了一種基于POWERBUS總線設計的集中電源集中控制型智能消防應急照明與疏散指示系統(tǒng)，燈具與分配電箱采用了POWERBUS總線進行通訊。由于通訊和電源共用兩根線，且支持總線電纜以樹形、星型等任意方式敷設，極大的方便了現(xiàn)場施工及維護。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各種大型建筑物層出不窮，其不僅僅自身的規(guī)模比較大，人員密集程度也比較高，保障建筑物內部人員的安全就愈發(fā)顯得尤為重要！這種安全的保障在很大程度上取決于人員疏散的速度。因此，智能消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)就顯得極為重要，建、構筑物中應用智能消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)的應用將會越來越普遍。