王維奇 王磊

濰坊昌大建設(shè)集團(tuán)有限公司

LONWORKS技術(shù)在消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)中的應(yīng)用

王維奇 王磊

濰坊昌大建設(shè)集團(tuán)有限公司

通過對HOCEN-EMCS消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的構(gòu)成和功能的分析，將先進(jìn)的LONWORKS電力載波控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于該系統(tǒng)，實現(xiàn)了對消防應(yīng)急疏散照明燈具的監(jiān)測和控制。

消防應(yīng)急疏散照明燈具；LONWOR；KSLONTALK協(xié)議；LONBUS-PL總線；NEURON CHIP神經(jīng)元芯片

引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型公共建筑物、大規(guī)模地下商業(yè)街等建筑越來越多。通常情況下，由于這些建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人員集中密集，一旦火災(zāi)或意外情況發(fā)生，容易造成群死群傷。因此，火災(zāi)時能否保證上述場所早期可靠的火災(zāi)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(guān)規(guī)范的要求分別安裝了火災(zāi)探測報警裝置和疏散指示設(shè)備，但它們分別獨(dú)立工作，彼此之間沒有密切聯(lián)系和火災(zāi)發(fā)生時的聯(lián)動關(guān)系。而固定方向疏散指示和安全出口標(biāo)志，仍存在著隱患，即當(dāng)疏散線路上或安全出口附近發(fā)生火災(zāi)時將人員引向危險區(qū)域的方向誤導(dǎo)，同時，固定方向指示的疏散指示系統(tǒng)在煙霧條件下的引導(dǎo)效果也不理想。另外，值得注意的是由于大型公共建筑物規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，燈具數(shù)量大，依靠人員管理難度很大，經(jīng)常在發(fā)生火災(zāi)時，燈具已壞，而起不到應(yīng)有的疏散作用。因此，人們對現(xiàn)有的疏散指示的依賴性不強(qiáng)，逃生人員容易忽視甚至看不到疏散指示，產(chǎn)品的疏散作用得不到充分發(fā)揮，在火災(zāi)中逃生人員死在安全出口幾米遠(yuǎn)的事件時有發(fā)生。

智能應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的出現(xiàn)，解決了現(xiàn)有的應(yīng)急疏散和指示系統(tǒng)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(shù)研制的智能應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng),具有技術(shù)先進(jìn)、通訊穩(wěn)定、布線簡單、結(jié)構(gòu)合理、施工成本低、可互操作性強(qiáng)和自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等特點，根據(jù)著火點，系統(tǒng)可以自動為火災(zāi)時逃生人員指示一條安全、快捷、有序的逃生路線。

1 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

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(fā)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)的總稱。全世界已有2500多家公司利用LONWORKS技術(shù)生產(chǎn)各種各樣的LONWORKS產(chǎn)品，以滿足現(xiàn)代化樓宇、工廠、TRANBBS交通運(yùn)輸系統(tǒng)、城市基礎(chǔ)設(shè)施（水、電、氣等）、家庭環(huán)境等自動化系統(tǒng)的分布式控制網(wǎng)絡(luò)要求。為了保證來自眾多廠家的產(chǎn)品是真正開放且滿足LONWORKS技術(shù)要求并能使這些產(chǎn)品在一個LONWORKS分布式控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中實現(xiàn)即插即用，1994年由全球12家聞名工業(yè)集團(tuán)發(fā)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(xié)會，以確保各種產(chǎn)品在LONWORKS控制網(wǎng)絡(luò)上具有互操作性。

1.1.1 LONWORKS網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的地位

Echelon公司的LonWorks網(wǎng)絡(luò)是日常電器和設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的、既成事實的跨行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。許多國家和行業(yè)已經(jīng)吸收LonWorks網(wǎng)絡(luò)作為其正式的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著LonWorks網(wǎng)絡(luò)能夠在各個國家和行業(yè)普遍使用。以下為采用LonWorks的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織的名稱：

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

（領(lǐng)域：運(yùn)貨列車制動）

ANSI－美國國家標(biāo)準(zhǔn)化組織（American National Standards Institute）

（領(lǐng)域：控制網(wǎng)絡(luò)）

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

（領(lǐng)域：樓宇）

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

（領(lǐng)域：輕軌系統(tǒng)）

IFSF－國際加油站標(biāo)準(zhǔn)論壇（International Forecourt Standards Forum）

（領(lǐng)域：加油站）

SEMI－半導(dǎo)體設(shè)備與材料學(xué)會（Semiconductor Equipment and Materials Incorporated）

（領(lǐng)域：半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備）

2005年2月LONWorks技術(shù)成為ISO/ IEC 14908國際標(biāo)準(zhǔn)

2006年7月中國標(biāo)準(zhǔn)化管理局（SAC）正式將埃施朗公司的LonWorks技術(shù)轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/Z 20177-2006《控制網(wǎng)絡(luò)LonWorks技術(shù)規(guī)范》

2006年9月國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20299.4—2006標(biāo)準(zhǔn)采納了LonWorks技術(shù)作為中國商業(yè)樓宇和住宅建設(shè)市場首選的控制聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

1.1.2 LONWORKS網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)介紹

LONWORKS技術(shù)的核心是LONTALK協(xié)議和NEURONCHIP 神經(jīng)元芯片。LonTalk通訊協(xié)議其本身就遵循國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)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(jīng)元芯片(Neuron Chip)，將網(wǎng)絡(luò)LonTalk通訊協(xié)議的參考模型的前6層嵌入并固化在了神經(jīng)元芯片之中，這種協(xié)議對任何用戶都是開放的，可以實現(xiàn)不同產(chǎn)品間的互操作，不受網(wǎng)絡(luò)的限制，可采用任何傳輸媒介進(jìn)行通訊，其網(wǎng)絡(luò)通信通過采用網(wǎng)絡(luò)變量直接綁定，實現(xiàn)各節(jié)點之間的互操作。

LONWORKS 技術(shù)廣泛應(yīng)用于軌道交通、網(wǎng)絡(luò)能源管理、智能樓宇、暖通空調(diào)、煤礦安全、能源和環(huán)境管理等領(lǐng)域，2006年7月中國國家標(biāo)準(zhǔn)化局（S A C）正式將LONWORKS采納為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/Z 20177-2006《控制網(wǎng)絡(luò)LonWorks技術(shù)規(guī)范》：

GB/Z 20177.1-2006 控制網(wǎng)絡(luò)LonWorks技術(shù)規(guī)范第1部分：協(xié)議規(guī)范。

GB/Z 20177.2-2006 控制網(wǎng)絡(luò)LonWorks技術(shù)規(guī)范第2部分：電力線信道規(guī)范。

GB/Z 20177.3-2006 控制網(wǎng)絡(luò)LonWorks技術(shù)規(guī)范第3部分：自由拓?fù)潆p絞線信道規(guī)范。

GB/Z 20177.4-2006 控制網(wǎng)絡(luò)LonWorks技術(shù)規(guī)范第4部分：基于隧道技術(shù)在IP信道上傳輸控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的規(guī)范。

2006年9月國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20299.4—2006標(biāo)準(zhǔn)采納了LonWorks技術(shù)作為中國商業(yè)樓宇和住宅建設(shè)市場首選的控制聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

1.2 LonWorks電力線載波技術(shù)

LonWorks電力線載波技術(shù)為基礎(chǔ)透過電力線載波智能收發(fā)器完成數(shù)據(jù)通信。LonWorks載波智能收發(fā)通訊方式是采用帶有DSP增強(qiáng)接收器的雙頻BPSK，具有以下的特點：

窄帶技術(shù),數(shù)字信號處理技術(shù)：系統(tǒng)將噪聲抑制和畸變糾正的專利算法技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字信號處理內(nèi)核中。這些性能使得收發(fā)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(xù)音頻噪聲、相位畸變等。

獨(dú)特的雙載頻工作方式 ：當(dāng)?shù)谝惠d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(dǎo)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包的辦法來干擾電力線信號。神經(jīng)元智能收發(fā)器在循環(huán)冗余校驗碼的基礎(chǔ)上，采用高效低消耗的前向糾錯碼(FEC)算法來克服錯誤包。

強(qiáng)大的輸出放大器：外接高輸出放大器的智能收發(fā)器可以發(fā)出滿足世界發(fā)射要求的7V峰峰值信號。

寬廣的動態(tài)范圍：動態(tài)范圍和接收器的靈敏度有關(guān)。 神經(jīng)元智能收發(fā)器的動態(tài)范圍達(dá)到＞80dB。在一條低噪安靜的傳輸線上智能收發(fā)器可以接收衰減達(dá)104的信號。

2 LONWORKS電力線載波技術(shù)在應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的應(yīng)用

以LONWORKS 電力線載波技術(shù)作為核心技術(shù)研制出的HOCEN-EMCS智能應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，可行成開放式、先進(jìn)的、通訊穩(wěn)定、自由拓?fù)?、施工方便、成本低的疏散指示網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，為火災(zāi)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(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)在濰坊市奧體中心體育場工程中的實際應(yīng)用，進(jìn)行系統(tǒng)介紹。

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

2.1 系統(tǒng)的構(gòu)成(見圖1）

該站房 LONWORKS智能應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)由1臺中央監(jiān)控主機(jī)、1條LonBus-PL通訊總線、1套LONTALKS通訊協(xié)議、1套應(yīng)用軟件、1套應(yīng)急疏散預(yù)案軟件、17臺集中區(qū)域路由配電箱、284個疏散照明燈具和標(biāo)志燈及安全出口燈具、樓層顯示燈具等組成。每個帶有獨(dú)立地址的燈具均配有1個神經(jīng)元芯片，每個神經(jīng)元芯片具有3個8位的CPU微處理器。

2.2 系統(tǒng)的通訊接口

該系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口，可通過i. LON 100e2互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器與BACNET系統(tǒng)連接，實現(xiàn)統(tǒng)一管理；主機(jī)與火災(zāi)報警主機(jī)采用RS232接口連接，通過網(wǎng)關(guān)把外部專用的傳統(tǒng)系統(tǒng)(FAS系統(tǒng)) 連接到LONWORKS系統(tǒng)，即把FAS系統(tǒng)專用的基于指令的報文翻譯成基于信息的LONWORKS網(wǎng)絡(luò)使用的網(wǎng)絡(luò)變量，以接收來自FAS系統(tǒng)的火警聯(lián)動信號；系統(tǒng)同時可以監(jiān)控EPS集中電源系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)的布線

中央監(jiān)控主機(jī)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(yīng)急燈具，通過lontalk協(xié)議進(jìn)行通訊。

具體連接方式為主機(jī)和路由器之間采用1對四類網(wǎng)絡(luò)通訊線連接，路由器和燈具之間采用普通的電力線即實現(xiàn)電力傳輸又實現(xiàn)通訊傳輸，無需另外敷設(shè)通訊線，從而實現(xiàn)對燈具的控制和監(jiān)測。

2.4 系統(tǒng)設(shè)備介紹

2.4.1 中央監(jiān)控主機(jī)（控制器）

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

主機(jī)的構(gòu)成：工業(yè)控制計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口、網(wǎng)關(guān)、R S 485、RS232及USB接口、17″全彩液晶顯示器、打印機(jī)、UPS備用電源及應(yīng)用軟件和疏散預(yù)案軟件及機(jī)柜等。

主機(jī)的功能：

為B A C N E T系統(tǒng)提供各種信息，以便整個項目進(jìn)行統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的管理。

接收來自于FAS系統(tǒng)的火警信號，并向燈具發(fā)出強(qiáng)迫點燈、調(diào)向、頻閃、滅燈、語音提示等命令，為火災(zāi)現(xiàn)場的逃生人員指示一條安全、快捷、有序的逃生路線。

主機(jī)自動實時監(jiān)測通訊供電線路、系統(tǒng)組件、蓄電池、應(yīng)急光源等是否工作正常；如發(fā)生故障，會發(fā)出聲、光故障信號，并指示故障部位，提醒工作人員進(jìn)行維修。

主機(jī)具有人性化設(shè)計的CAD平面圖形監(jiān)控功能，能實時顯示燈具的狀態(tài)、燈具的地理位置、火災(zāi)發(fā)生地點、能動態(tài)顯示應(yīng)急疏散逃生路線；并顯示應(yīng)急啟動時間。

定期檢測應(yīng)急轉(zhuǎn)換功能和應(yīng)急持續(xù)時間，并滿足以下要求：

1.可根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)定檢測周期和檢測時間；根據(jù)濰坊市相關(guān)規(guī)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(fā)生火災(zāi)，可設(shè)定檢測間隔燈具的數(shù)量和時 間；為使監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，自動避開檢測前已經(jīng)發(fā)生應(yīng)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(shù)的通訊控制總線，采用lontalk協(xié)議進(jìn)行通訊。由1對四類網(wǎng)絡(luò)通訊線和普通BV電力線組成。主機(jī)和路由器之間采用1對四類網(wǎng)絡(luò)通訊線連接，路由器和燈具之間采用普通的電力線即實現(xiàn)電力傳輸又實現(xiàn)通訊傳輸，無需另外敷設(shè)通訊線，大大節(jié)省了施工成本。

3 系統(tǒng)主要監(jiān)控功能

3.1 監(jiān)測功能

監(jiān)控系統(tǒng)供電（通訊）網(wǎng)絡(luò)各回路開路、短路監(jiān)測。

實時監(jiān)測與網(wǎng)絡(luò)連接的應(yīng)急燈具（節(jié)點）開路、短路。

實時監(jiān)測應(yīng)急燈具蓄電池、光源故障。

實時監(jiān)測應(yīng)急燈具蓄電池的充電狀態(tài)。

定時監(jiān)測應(yīng)急燈具蓄電池應(yīng)急時間（電池容量）。

定時監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案啟動及應(yīng)急燈應(yīng)急轉(zhuǎn)換功能。

3.2 控制功能

智能開關(guān)技術(shù)可以遠(yuǎn)程設(shè)定應(yīng)急燈具（節(jié)點）基本工作方式，如持續(xù)式、非持續(xù)式、可控式。

智能開關(guān)技術(shù)還可以遠(yuǎn)程設(shè)定和控制語音提示、導(dǎo)光流、頻閃、等其他聯(lián)動功能。

配合監(jiān)測系統(tǒng)可以自動控制或手動控制應(yīng)急燈具的應(yīng)急轉(zhuǎn)換功能，以確保完成監(jiān)測任務(wù)。

3.3 智能動態(tài)導(dǎo)光

智能動態(tài)導(dǎo)光技術(shù)根據(jù)火災(zāi)探測器報警系統(tǒng)發(fā)出的聯(lián)動信號確定火災(zāi)區(qū)域結(jié)合相關(guān)預(yù)案信息，由計算機(jī)分析選擇最佳逃生路線，并發(fā)出指令控制標(biāo)志燈導(dǎo)向箭頭的光流方向，同時可以結(jié)合語音提示引導(dǎo)。

智能動態(tài)導(dǎo)光技術(shù)可以通過手動操作選擇由計算機(jī)預(yù)先設(shè)定的應(yīng)急預(yù)案，人為啟動應(yīng)急預(yù)案計算機(jī)自動選擇最佳逃生路線，并發(fā)出指令控制標(biāo)志燈導(dǎo)向箭頭的光流方向，同時可以結(jié)合語音提示引導(dǎo)。

目前，國內(nèi)消防應(yīng)急疏散照明監(jiān)控系統(tǒng)遵循國標(biāo)G B 17945-2000《消防應(yīng)急燈具》，定義為集中控制型消防應(yīng)急燈具。其要求：控制器應(yīng)能控制并顯示與其相連的所有消防應(yīng)急燈具的工作狀態(tài)，并顯示應(yīng)急啟動時間；控制器應(yīng)能防止非專業(yè)人員操作；控制器在與其相連的消防應(yīng)急燈具之間的連接線開路、短路（短路時消防應(yīng)急燈具轉(zhuǎn)入應(yīng)急狀態(tài)除外）時，應(yīng)發(fā)出聲、光故障信號，并指示故障部位；聲故障信號應(yīng)能手動消除，當(dāng)有新的故障信號時，聲故障信號應(yīng)能再啟動。光故障信號在故障排除前應(yīng)保持。為此，建立一個可靠、有效、完善的消防應(yīng)急疏散照明監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)督應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是系統(tǒng)中設(shè)備保持正常運(yùn)行，并根據(jù)火災(zāi)報警聯(lián)動信號及其他災(zāi)情信息，通過計算機(jī)分析選擇最佳逃生路線后控制應(yīng)急標(biāo)志箭頭方向指引逃生。本文介紹采用LONWORKS電力載波控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)的消防應(yīng)急疏散照明智能監(jiān)控系統(tǒng)的完整解決方案。

結(jié)束語

本文重點介紹LONWORKS控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在消防應(yīng)急疏散照明智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.105