摘要

    本文介紹了一種采用POWERBUS總線設(shè)計(jì)的消防應(yīng)急照明與疏散指示系統(tǒng)，給出了整體的設(shè)計(jì)方案、框架圖。以燈具為控制的執(zhí)行終端，通過(guò)分配電進(jìn)行電源與通訊的轉(zhuǎn)換，由應(yīng)急照明控制器執(zhí)行與FAS系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)并響應(yīng)消防應(yīng)急及疏散指示預(yù)案。簡(jiǎn)介了消防應(yīng)急照明與疏散指示系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，說(shuō)明了系統(tǒng)的架構(gòu)及POWERBUS總線的設(shè)計(jì)要點(diǎn)等。

1引言

    火災(zāi)是人類所面臨的最嚴(yán)重的災(zāi)害之一，發(fā)生的頻率則在各種災(zāi)害之首。近年來(lái)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各種超高型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的現(xiàn)代建筑如雨后春筍般崛起，建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨向復(fù)雜化，一般都安裝有電梯或扶梯，人們習(xí)慣于使用這些設(shè)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(nèi)聚集的人群來(lái)自不同的地方，他們不一定熟悉建筑物內(nèi)的環(huán)境。一旦發(fā)生火災(zāi)，由于周圍環(huán)境或煙霧影響而無(wú)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(fèi)了很多逃生的寶貴時(shí)間。如果沒有有效的疏散指示標(biāo)志的指示，人們很難找到疏散方向。有效地疏散指示標(biāo)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(shí)間。

    智能消防應(yīng)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(diǎn)位置。智能生成逃生路徑，引導(dǎo)人員遠(yuǎn)離著火點(diǎn)、就近疏散撤離，使疏散逃生指示與火災(zāi)狀況和疏散設(shè)施動(dòng)作狀況實(shí)現(xiàn)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，給人員逃離提供了最佳途徑并極大的縮短了逃生所需時(shí)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(shè)計(jì)的消防應(yīng)急照明及疏散指示系統(tǒng)，該系統(tǒng)簡(jiǎn)化了產(chǎn)品的拓?fù)?，?yōu)化了現(xiàn)場(chǎng)的線路布局。不僅節(jié)省了電氣設(shè)計(jì)、施工的成本，同時(shí)極大的方便了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與后期維護(hù)。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案概述

    本文介紹的消防應(yīng)急照明與疏散指示系統(tǒng)，采用應(yīng)急照明控制器、應(yīng)急照明與疏散指示分配電箱、各種燈具，構(gòu)成了三級(jí)系統(tǒng)。其中，燈具采用POWERBUS總線設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)中，多種線路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性問(wèn)題。燈具通過(guò)POWERBUS總線可實(shí)時(shí)接受控制器的命令，同時(shí)將燈具的故障信息、亮滅狀態(tài)等通過(guò)POWERBUS總線上傳到應(yīng)急照明與疏散指示分配電箱中。應(yīng)急照明與疏散指示分配電箱可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入的電源狀態(tài)，當(dāng)輸入的交流電源故障時(shí)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(yùn)行。應(yīng)急照明控制器通過(guò)RS485總線與應(yīng)急照明與疏散指示分配電箱進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)燈具及各個(gè)分配電箱的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)FAS系統(tǒng)檢測(cè)的煙感信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的逃生預(yù)案。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

    智能消防應(yīng)急照明與疏散指示系統(tǒng)的架構(gòu)框圖如圖所示：

圖1智能消防應(yīng)急照明與疏散指示系統(tǒng)拓?fù)鋱D

    消防應(yīng)急照明與疏散指示系統(tǒng)采用三級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì)，其中包括應(yīng)急照明控制器、分配電箱、應(yīng)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(dāng)發(fā)生火災(zāi)、市電缺失時(shí)，EPS電源可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)投切，切斷市電輸出回路，同時(shí)將內(nèi)部所帶蓄電池的電能逆變成AC220V輸出，保證了智能消防應(yīng)急照明與疏散指示系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，確保正確指示逃生路線指引人員撤離。EPS電源可通過(guò)RS485總線會(huì)將電源信息實(shí)時(shí)上傳給應(yīng)急照明控制器顯示。若EPS電源發(fā)生故障，工作人員可在應(yīng)急照明控制器上觀察到，以便維修。

3.1應(yīng)急照明控制器

    應(yīng)急照明控制器是智能消防應(yīng)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(yīng)急照明控制器下達(dá)命令。同時(shí)，控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)。其功能包括：

（1）監(jiān)測(cè)、顯示所有燈具及分配電信息：

    應(yīng)急照明控制器中可導(dǎo)入所有建、構(gòu)筑物的建筑圖紙，并根據(jù)圖紙標(biāo)識(shí)設(shè)置燈具、分配電箱。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)急照明控制器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示燈具的亮滅狀態(tài)、報(bào)警信息等，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示各個(gè)分配電箱的主備電運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警信息。

（2）錄入、修改、啟動(dòng)逃生預(yù)案：

    應(yīng)急照明控制器中可錄入相應(yīng)的虛擬煙感，根據(jù)煙感檢測(cè)的不同位置著火點(diǎn)智能生成最佳逃生路線，逃生路線也可人為錄入、修改。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)急照明控制器可自動(dòng)啟動(dòng)逃生預(yù)案，并將命令下發(fā)給所有分配電箱及燈具，整個(gè)系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行指示逃生路線。

（3）與FAS系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)：

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

    當(dāng)FAS系統(tǒng)檢測(cè)到有火點(diǎn)報(bào)警信號(hào)后，會(huì)以通訊方式（或者干接點(diǎn)方式）將火點(diǎn)位置信號(hào)傳遞給應(yīng)急照明控制器。應(yīng)急照明控制器接收到火點(diǎn)位置信號(hào)后，會(huì)將火點(diǎn)位置與疏散指示系統(tǒng)中的虛擬煙感匹配，進(jìn)而觸發(fā)生成相應(yīng)的逃生預(yù)案。

（4）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源，控制電源投切：

    應(yīng)急照明控制器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入的交流工作電源是否異常。當(dāng)輸入交流工作電源異常，應(yīng)急照明控制器可自動(dòng)控制電源投切至備用電源保證系統(tǒng)運(yùn)行。

（5）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、維護(hù)蓄電池：

    根據(jù)GB17945-2010《消防應(yīng)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(yīng)至少能保證應(yīng)急照明控制器正常工作3h。所以應(yīng)急照明控制器中配備了一定容量的蓄電池。當(dāng)交流電源輸入正常時(shí)，應(yīng)急照明控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池信息，可對(duì)電池進(jìn)行充電維護(hù)；當(dāng)交流電源輸入異常時(shí)，應(yīng)急照明控制器可將電池投入，保證自身穩(wěn)定運(yùn)行3h以上。

（6）聲、光等狀態(tài)顯示：

    應(yīng)急照明控制器可通過(guò)各種指示燈指示當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)燈具、分配電、控制器自身發(fā)生故障時(shí)，可發(fā)出聲光報(bào)警直至故障解除。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入火災(zāi)應(yīng)急狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)同樣可以聲光信號(hào)顯示，進(jìn)而提醒消防控制室人員積極應(yīng)對(duì)。

（7）打印消防聯(lián)動(dòng)信息：

    應(yīng)急照明控制器響應(yīng)火災(zāi)報(bào)警時(shí)，可實(shí)時(shí)打印執(zhí)行的預(yù)案內(nèi)容、執(zhí)行時(shí)間等信息，以備報(bào)警解除時(shí)查驗(yàn)。

3.2分配電箱

    分配電箱是消防應(yīng)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(yīng)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(yīng)急照明控制器通訊：

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

（2）為下級(jí)設(shè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩路交流輸入電源的電壓、電流信息。當(dāng)主電故障時(shí)，分配電箱可自動(dòng)進(jìn)行投切至備用電源，保證所有輸出支路的電源穩(wěn)定，進(jìn)而保證燈具運(yùn)行正常。主電恢復(fù)正常后，可恢復(fù)主電供電。

（3）監(jiān)測(cè)、控制燈具：

    分配電箱通過(guò)POWERBUS總線與燈具連接，不僅為燈具供電，而且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燈具的亮滅狀態(tài)、報(bào)警信息等。當(dāng)主電故障或系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可控制燈具進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)。

3.3消防應(yīng)急照明與疏散指示燈具

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

（1）標(biāo)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(cè)均可逃生。當(dāng)一方有火災(zāi)時(shí)，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(yǔ)音報(bào)警燈：多為懸掛式且安裝在門口等出口位置，可發(fā)出語(yǔ)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(jí)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(jí)要求較高，前、后箭頭所指為逃生路線。當(dāng)一方有火災(zāi)時(shí)，可熄滅該指向并指向另一方逃生。

標(biāo)志燈具在平時(shí)工作時(shí)，為常亮指示；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或應(yīng)急啟動(dòng)時(shí)，將按照逃生路徑改變，同時(shí)燈具將會(huì)以1Hz頻率閃爍。

（2）應(yīng)急照明燈具——用于火災(zāi)發(fā)生時(shí)照亮逃生路徑，常見燈具根據(jù)樣式又可分為：

①單頭應(yīng)急照明燈：可為嵌入式或吸頂式，一般安裝在建、構(gòu)筑物的頂棚。

②雙頭應(yīng)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(yīng)急照明燈具平時(shí)工作時(shí)，為熄滅狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或應(yīng)急啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)急照明燈常亮。

    本文所設(shè)計(jì)的消防應(yīng)急照明燈具和疏散指示燈具具備燈具可實(shí)時(shí)檢測(cè)燈具自身的運(yùn)行信息，包括燈具的亮滅狀態(tài)以及燈具的報(bào)警信息 （如燈具支路的開路報(bào)警、短路報(bào)警等）。燈具通過(guò)POWERBUS總線與分配電箱實(shí)時(shí)通訊，將自身的運(yùn)行信息上傳給分配電，同時(shí)接受分配電箱的控制。

4POWERBUS總線設(shè)計(jì)

    POWERBUS總線屬于低壓供電總線技術(shù)。通過(guò)在供電電纜上調(diào)制控制信號(hào)，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(hào)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(wú)需電氣隔離

總線抗干擾能力強(qiáng)，可與市電并走

可支持總線電流20A（2400bps）

具備總線短路保護(hù)，短路移除自動(dòng)恢復(fù)總線

故障信號(hào)上報(bào)功能

可同時(shí)掛接256個(gè)設(shè)備

通訊距離可達(dá)3000m

支持無(wú)極性布線

支持任意拓?fù)洳季€：樹形，星形，總線型

無(wú)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(dá)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(shè)計(jì)又可非隔離設(shè)計(jì)，保證電磁兼容特性

    在本文所介紹的智能消防應(yīng)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(jìn)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(shè)計(jì)。

4.1POWERBUS總線主站設(shè)計(jì)

    分配電箱作為POWERBUS總線通訊的主站，采用PB620進(jìn)行設(shè)計(jì)。PB620能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)使用的各種線材并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shè)，極大方便施工布線，并且可以防止錯(cuò)接發(fā)生，簡(jiǎn)化施工維護(hù)。

PB620可對(duì)POWERBUS總線提供電源管理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)總線的供電、通訊和故障監(jiān)測(cè)。其基本應(yīng)用電路如圖2所示：

圖2PB620基本應(yīng)用電路

采用PB620作為主站進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：

（1）總線短路保護(hù)

    PB620具備完整的總線故障檢測(cè)機(jī)制。當(dāng)總線發(fā)生線上短路時(shí)，PB620會(huì)立刻關(guān)斷總線，防止線路意外，并保護(hù)主站功率器件防止損壞。

    總線正常時(shí)PB620的BRK（Pin20）引腳會(huì)輸出高電平（3.3V典型值），可將此信號(hào)用于上報(bào)信號(hào)進(jìn)行處理，或用于切換繼電器或LED指示信號(hào)?？偩€短路發(fā)生后，BRK引腳會(huì)輸出低電平。當(dāng)短路移除后，PowerBus總線會(huì)自動(dòng)開啟，并恢復(fù)BRK引腳高電平。

（2）HP模式

    HP為高功率模式切換引腳，內(nèi)部設(shè)有上拉電阻。此引腳用來(lái)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(jìn)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(shù)主機(jī)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(qǐng)根據(jù)行業(yè)要求、從站電壓需求、線材電壓損耗，在這個(gè)范圍內(nèi)選取。通常與直流供電線無(wú)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(shè)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(qǐng)盡量不要使用DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓器為PB620供電。注意，不要使用5V為PB620供電，會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。如系統(tǒng)主機(jī)中使用多個(gè)PB620，可使用同一供電電源。

（5）多回路應(yīng)用

    經(jīng)常有一些主機(jī)端多回路輸出的應(yīng)用。當(dāng)使用一個(gè)電源為多個(gè)PB620回路供電的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)出現(xiàn)供電引起的多回路之間串?dāng)_干擾，如電源只供給一個(gè)PB620使用將不存在串?dāng)_問(wèn)題。在這種應(yīng)用條件下，不可使用“圖2PB620基本應(yīng)用電路”中的外圍電路設(shè)置，而要使用PB620隔離電路。

4.2POWERBUS總線從站設(shè)計(jì)

    在本設(shè)計(jì)中，燈具作為POWERBUS總線的從站，其將自身運(yùn)行及報(bào)警信息實(shí)時(shí)回傳。從站采用PB331芯片設(shè)計(jì)，PB331是POWERBUS技術(shù)的從站通訊芯片。POWERBUS采用電壓發(fā)送，電流信號(hào)回傳的方式，提供了高通訊抗干擾能力。PB331能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)使用的各種線材并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shè)，極大方便施工布線，并且可以防止錯(cuò)接發(fā)生，簡(jiǎn)化施工維護(hù)。其基本應(yīng)用電路如圖3所示：

圖3PB331基本應(yīng)用電路

采用PB331作為從站進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：

（1）UART通訊接口

    PB331波特率根據(jù)主機(jī)設(shè)置自適應(yīng)9600bps和2400bps。接收和發(fā)送自適應(yīng)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(yàn)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(fù)載要求

    POWERBUS總線是智能低壓供電二總線，負(fù)載可以是任意負(fù)載，包括阻性或感性。負(fù)載可以是：電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電熱執(zhí)行器、繼電器、高功率LED。負(fù)載電流動(dòng)態(tài)變化，不會(huì)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(hù)

    圖3中FUSE可以是可恢復(fù)保險(xiǎn)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(shí)，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(guò)巡檢檢測(cè)到此故障。

5結(jié)語(yǔ)

    本文主要介紹了一種基于POWERBUS總線設(shè)計(jì)的集中電源集中控制型智能消防應(yīng)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(jìn)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(shè)，極大的方便了現(xiàn)場(chǎng)施工及維護(hù)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(nèi)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(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)就顯得極為重要，建、構(gòu)筑物中應(yīng)用智能消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越普遍。