CN111586930B - 消防应急照明和疏散指示系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防应急照明和疏散指示系统及方法，包括：与集中电源单元或者配电箱的供电线路和通讯线路分别连接的若干应急照明灯具和疏散指示灯具；所述集中电源或者配电箱至少一个，所有集中电源单元或者配电箱与监控主机通信；所述集中电源单元或者配电箱能够通过改变其与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得应急照明灯具或疏散指示灯具进入应急状态。本发明集中电源单元与灯具进行通信的过程中，通过继电器的切换设置，使得不管通信状态正常或者异常，都能够在消防联动时，使得灯具进入应急状态，保证应急照明灯具和/或疏散指示灯具的可靠性。

Description

消防应急照明和疏散指示系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及隧道及地铁消防技术领域，尤其涉及一种消防应急照明和疏散指示系统及其控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着我国轨道交通事业的大发展，隧道及地铁数量近些年以较快的速度增长。由于这里场合的线路长且空间封闭，因此对出现火灾时的人员疏散引导有较高的要求，消防应急照明和疏散指示系统也得到了广泛的应用。系统技术方案经历了自带电池系统、集中供电系统、集中供电集中控制系统三个发展阶段，目前的集中供电集中控制系统已经可以实现对灯具日常状态的监测，在监控主机给出故障信息，确保出现火情时设备可用。同时，在隧道或者地铁区间中，也可以根据火情，智能改变指示方向。

隧道和地铁区间发生火灾时，一般的做法是采取迎风疏散方式，即根据着火的部位，监控系统采取人员逃生影响最小的方式启动消防风机，控制烟气流动方向，人员则逆向逃生。因此，要求疏散灯具平时都指向就近的疏散出口，在发生火灾时，则能够根据系统控制的风向，在某个区间统一改变指向。应急照明灯则平时不点亮，发生火灾时点亮，为人员逃生提供照明。

对于目前常用的集中供电集中控制系统，主要包括以下几种类型：

1、四线系统，

系统应急照明灯具和疏散灯具均设置了两根供电线，两根通讯线。系统设置有主机一台，与ISCS、FAS或者BAS系统通讯。当主机接收到命令后，发出命令，控制灯具的指向。同时控制照明灯具的点亮。

但是，四线系统使用线材较多，在所有方案里是成本最高的。

2、两线系统

系统应急照明灯具和疏散灯具均只设置了两根线，供电与通讯复用。在控制供电与通讯的时序的基础上，通过灯具内部电容的配合，实现供电与通讯的复用。系统设置有主机一台，与ISCS、FAS或者BAS系统通讯。当主机接收到命令后，发出命令，控制灯具的指向。同时控制照明灯具的点亮。

两线系统线材使用少，项目投资降低，但是可靠性是最低的。因为一旦通讯主站芯片出现故障，亦或通讯因为各种原因出现异常，就会导致灯具无法点亮，或者导致疏散灯和照明灯不能进入应急状态，造成人员恐慌和伤亡。

3、供电电压

早期的系统疏散和照明灯具均使用TN-S系统，单相电压为交流220V。随着系统的推广，考虑到疏散灯具安装位置较低，若是TN-S系统220V供电，容易导致二次人员伤亡，而且疏散灯具功率很小，一般是1W，因此新的系统里一般使用36V或者24V(根据线路长度)。但是电压降低后，由于照明灯功率较大，线路压降问题突出，需要用较粗的线缆，影响到项目成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种消防应急照明和疏散指示系统及其控制方法，能够实现系统在可靠性、安全性、线缆和施工成本等方面之间达到平衡。

本发明实施方式的第一个方面，公开了一种消防应急照明和疏散指示系统，包括：与集中电源单元或者配电箱的供电线路和通讯线路分别连接的若干应急照明灯具和疏散指示灯具；所述集中电源或者配电箱至少一个，所有集中电源单元或者配电箱与监控主机通信；

所述集中电源单元或者配电箱能够通过改变其与应和/或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得应急照明灯具和/或疏散指示灯具进入应急状态。

作为进一步的方案，集中电源单元或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具通信正常时，通过广播模式，控制各灯具进入应急状态；

更进一步地，通过改变集中电源或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得相应灯具进入应急状态。

集中电源单元或者配电箱与应急照明灯具通信异常时，改变集中电源或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得相应灯具进入应急状态。

本发明实施方式的第二个方面，公开了一种消防应急照明和疏散指示系统的控制方法，包括：

集中电源单元或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具通信正常时，通过广播模式，控制各灯具进入应急状态；或者，通过改变集中电源或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得各灯具进入应急状态；

集中电源单元或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具通信异常时，通过改变集中电源单元或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得各灯具进入应急状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明集中电源单元与灯具进行通信的过程中，通过设置通讯旁路以及供电线路的极性转换电路，配合灯具的极性检测电路，使得不管通信状态正常或者异常，都能够在消防联动时，使得灯具进入应急状态，保证应急照明灯具和/或疏散指示灯具的可靠性。

本发明照明灯使用隔离的AC220V供电，在保证安全的前提下，大大减少了线缆使用与施工成本。

本发明对于应急照明灯具设置交流和直流一体化供电的方式，在市电异常时，切换到电池电源供电，提供应急的交流和直流输出，提高了设备集成度，降低了成本，保证应急照明灯具的实时稳定可靠供电。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1示出了本发明实施例所提供的一种消防应急照明和疏散指示系统结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种集中电源供电部分电路示意图；

图3(a)示出了本发明实施例所提供的一种集中电源单元与应急照明灯通讯部分电路示意图；

图3(b)示出了本发明实施例所提供的一种集中电源单元与疏散指示灯通讯部分电路示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种配电箱供电部分电路示意图；

图5(a)示出了本发明实施例所提供的一种配电箱与应急照明灯通讯部分电路示意图；

图5(b)示出了本发明实施例所提供的一种配电箱与疏散指示灯通讯部分电路示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的一种集中电源单元实现冗余控制程序流程图；

图7示出了本发明实施例所提供的一种灯具实现冗余控制程序流程图；

图8示出了本发明实施例所提供的另一种集中电源或者配电箱与灯具的通讯示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

根据本发明实施例，提供了一种消防应急照明和疏散指示系统的实施例，参照图1，包括：与集中电源单元的供电部分和通讯部分分别连接的若干应急照明灯具和疏散指示灯具；所述集中电源至少一个，所有集中电源单元与监控主机通信；

从安全、施工成本两个因素考虑，应急照明灯具采用完全隔离的AC220V供电，疏散指示灯具则采用DC36V。为了最大限度的减少施工线材的使用，并且考虑到应急照明灯具功率较大的情况，如图1所示，系统采取了四线与两线混合的架构。其中照明灯的四线包括两根电源线和两根通讯线，疏散指示灯具则只使用两根线，供电与通讯复用。

集中电源单元的供电部分电路结构参照图2，具体包括：市电和电池电源，其中，电池电源能够为疏散指示灯具供电；市电和电池电源分别通过继电器J3和隔离变压器T1连接，隔离变压器的输出用于为应急照明灯具供电；继电器J3的通断能够切换市电与隔离变压器T1连接，或者电池电源与隔离变压器T1连接。

市电正常时，继电器J3处于释放状态，市电通过隔离变压器T1输出AC220V的交流电，为应急照明灯具供电。当市电异常时，继电器J3吸合，电池电源通过逆变器和隔离变压器T1输出AC220V，为应急照明灯具供电。

为了减少照明灯线缆的使用，降低项目成本，本实施例使用了隔离的AC220V给照明灯供电，虽然是隔离的，但是仍存在一定的隐患，为了最大限度的保证系统的安全，本实施例设置了绝缘监测模块，在极端情况下，出现漏电危及人身安全时，切断输出。

交流输出与直流输出的后备能量来源-电池复用。DC36V的充电与供电复用。

隔离AC200V电源的输出隔离变压器在市电和逆变时分时复用。

通过电路设计，实现共用电池条件下的交直流同时输出，同时实现市电和逆变状态下交流电压的隔离。简化了电路，节省了成本。

集中电源单元与应急照明灯具的通讯部分电路结构参照图3(a)，具体包括：通讯主站，所述通讯主站一端连接供电电源，另一端通过继电器J2与应急照明灯具的通讯电路连接；供电电源通过继电器J1与继电器J2连接；继电器J1的通断能够切换与供电电源的连接极性，继电器J2的通断能够切换与通讯主站连接或者直接与供电电源连接。

图3(a)中，通讯供电电源对电压进行变换后给控制单元供电。控制单元是以单片机MCU为核心的电路，可以对通讯主站进行收发控制并对数据进行解析。通讯主站对控制单元发出的数据进行调制或者对收到的数据进行解调。

通讯主站通讯正常时，继电器J1处于释放状态，继电器J2处于释放状态，时时监测应急照明灯具状态。

当需要应急照明灯具进入应急状态时，首先采取广播模式，控制灯具进入应急状态。然后再通过线路直控方式，即通过集中电源单元中继电器J1的吸合，继电器J2的释放，改变通讯线路两线的极性；进一步保证灯具能够进入应急状态。

应急照明灯具在接收到广播信号，或者检测到通讯线路极性反转时，能够快速进入应急状态。此种方式下，不管通讯是否正常，都能够保证灯具能够快速可靠地进入应急状态。

本实施例中，由电阻R1、R2、R3、二极管D1、光耦U1以及MCU组成的应急照明灯具的检测及控制电路，对通信线路极性进行检测，检测到线路极性反转时，控制灯具进入应急状态；应急照明灯具进入应急状态指的是应急照明灯具的点亮。

图3(a)中，电阻R1与R2组成分压电路，当线路中L3为正，L4为负时，电阻R2电压为正，光耦U1的led导通，U1的C端电压约为0V，控制电路判断极性为正。当线路中L3为负，L3为正时，R2电压为负，二极管D2导通，光耦U1的led关断，U1的C端电压约为电源电压VCC，控制电路判断极性为负。

通讯主站的信息通过通信模块传送至控制模块，控制模块根据接收到的通信信号或者通信电路的极性，控制应急照明灯具的点亮或者熄灭。

本实施例电路的具体工作原理如下：

参照图6，集中电源单元开始工作后，即开始正常巡检下属的灯具状态，如果一段时间未收到任何数据，则判断为通讯主站的通讯线路可能存在故障，此时切换继电器J2到供电电源回路；切换到供电电源回路后依然定期切换回通讯主站的通讯线路进行巡检，以便通讯线路恢复正常后及时回到正常工作模式中。

当收到消防联动信号后，首先切换继电器J2到通讯主站的通讯线路进行应急状态的通讯广播，广播数次后切换继电器J2到电源回路再切换继电器J1到电源反转状态以确保灯具无论能否收到通讯指令都能进入应急状态。

参照图7，灯具开始工作后，通讯计时开始累加，每次收到通讯指令即清零通讯计时，因此当通讯及时累加到一定数值后其代表一段时间未收到任何通讯信号，此时判断通讯线路可能出现故障；判断通讯线路为故障后，每隔一段时间重新检测通讯情况，以及时恢复正常工作状态.

当通讯状态正常时，灯具是否进入应急状态受到通讯信号的控制，即收到应急广播指令进入应急状态，未收到应急广播指令不进入应急状态；

当然，为了进一步保证灯具无论能否收到通讯指令都能进入应急状态，广播数次后切换继电器J2到电源回路再切换继电器J1到电源反转状态，此时，灯具检测到通讯线路极性反转，进入应急状态。

当通讯线路判断为故障时，此时根据通讯供电电源回路的极性来判断，检测到通讯供电电源回路的极性正常时不进入应急状态，检测到通讯供电电源回路的极性反转时进入应急状态。

本实施例上述方式能够保证通讯主站硬件故障时，通过设置旁路，并结合对于线路极性的控制与极性检测，控制应急照明灯具进入应急状态，充分保证系统的可靠性。

集中电源单元与疏散指示灯具的通讯部分电路结构参照图3(b)，通讯电路连接方式以及通讯工作原理与图3(a)中基本相同，不再赘述。

疏散指示灯具进入应急状态指的是，可以根据应急状态指令，控制疏散指示灯具的指示方向。

作为一种可选的实施方式，集中电源单元的通讯部分电路结构还可以采用图8所示的结构形式。该电路中，没有设置继电器J1的旁路供电，仅在通讯主站后连接继电器J2，继电器J2闭合与关断，能够改变灯具与通讯主站的连接线路极性。

通讯异常时，继电器J2关断，灯具与通讯主站的连接线路极性反转，通讯主站同时具备供电功能，利用通讯主站自带的供电电源提供电源，灯具的检测与控制电路检测到极性反转，控制灯具进入应急状态，提高了系统的可靠性。

本实施例上述方式能够在通讯主站硬件正常，但是出现通讯异常时的应急状态冗余控制，提高系统的可靠性。

当然，上述公开的集中电源单元与应急照明灯具和/或疏散指示灯具的通讯冗余控制方式，同样适用于两线与两线混合的架构，即：应急照明灯具和疏散指示灯具均采用两根线，供电与通讯复用。

采用本实施例中的消防应急照明和疏散指示系统与现有技术比较结果如表1所示。从表1可以看出，采取本实施例方案后，线材及施工成本最低，可靠性最高，安全性也很高。

表1：技术方案性能对比一览表

实施例二

根据本发明实施例，提供了一种消防应急照明和疏散指示系统的实施例，参照图1，包括：与配电箱的供电部分和通讯部分分别连接的若干应急照明灯具和疏散指示灯具；所述配电箱至少一个，所有配电箱与监控主机通信。

系统整体架构及接线方式与实施例一中的采用集中电源单元的结构形式相同，为了简洁，不再赘述。

配电箱的通讯部分与应急照明灯具和/或疏散指示灯具的连接以及通讯冗余控制方式与实施例一中集中电源单元与应急照明灯具和/或疏散指示灯具的连接以及通讯冗余控制方式相同，为了简洁，不再赘述。

同时，图8所示的电路结构形式以及通讯冗余控制方式，也适用于配电箱与应急照明灯具和/或疏散指示灯具的通讯控制，具体过程与控制原理与实施例一中相同，不再赘述。

本实施例公开的配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具的通讯冗余控制方式，同样适用于两线与两线混合的架构，即：应急照明灯具和疏散指示灯具均采用两根线，供电与通讯复用。

实施例三

根据本发明实施例，提供了一种消防应急照明和疏散指示系统的控制方法的实施例，该方法对应实施例一中公开的消防应急照明和疏散指示系统，包括：

在通讯部分：

集中电源单元与应急照明灯具或疏散指示灯具通信正常时，通过广播模式，控制各灯具进入应急状态；

或者，在广播设定次数后，进一步通过改变集中电源与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得各灯具进入应急状态；

集中电源单元与应急照明灯具或疏散指示灯具通信异常时，通过改变集中电源单元与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得各灯具进入应急状态。

在供电部分：

当市电正常时，控制继电器J1处于释放状态，市电通过隔离变压器T1输出AC220V的交流电，为应急照明灯具供电；

当市电异常时，控制继电器J1处于吸合状态，，电池电源通过逆变器和隔离变压器T1输出AC220V的交流电，为应急照明灯具供电。

实施例四

根据本发明实施例，提供了一种消防应急照明和疏散指示系统的控制方法的实施例，该方法对应实施例二中公开的消防应急照明和疏散指示系统，包括：

在通讯部分：

配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具通信正常时，通过广播模式，控制各灯具进入应急状态；

或者，在广播设定次数后，进一步通过改变配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得各灯具进入应急状态；

配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具通信异常时，通过改变配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得各灯具进入应急状态。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种消防应急照明和疏散指示系统，其特征在于，包括：与集中电源单元或者配电箱的供电线路和通讯线路分别连接的若干应急照明灯具和疏散指示灯具；所述集中电源或者配电箱至少一个，所有集中电源单元或者配电箱与监控主机通信；

所述集中电源单元或者配电箱能够通过改变其与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得相应灯具进入应急状态；

所述集中电源单元或者配电箱的通讯部分包括：通讯主站，所述通讯主站一端连接通讯供电电源，另一端通过继电器J2与应急照明灯具或疏散指示灯具的通讯电路连接；所述通讯供电电源通过继电器J1与继电器J2连接；所述继电器J1的通断能够切换与通讯供电电源的连接极性，所述继电器J2的通断能够切换与通讯主站连接或者直接与通讯供电电源连接。

2.如权利要求1所述的一种消防应急照明和疏散指示系统，其特征在于，集中电源单元或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具通信正常时，通过广播模式，控制各灯具进入应急状态；

进一步地，广播设定次数后，通过改变集中电源或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得相应灯具进入应急状态。

3.如权利要求1所述的一种消防应急照明和疏散指示系统，其特征在于，集中电源单元或者配电箱与应急照明灯具通信异常时，改变集中电源或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得相应灯具进入应急状态。

4.如权利要求1所述的一种消防应急照明和疏散指示系统，其特征在于，当收到消防联动信号后，如果通讯正常，保持继电器J2与通讯主站连接，进行应急状态的通讯广播；

进一步地，广播设定次数后，切换继电器J2与通讯供电电源连接，同时通过切换继电器J1到通讯供电电源极性的反转，使得灯具进入应急状态。

5.如权利要求4所述的一种消防应急照明和疏散指示系统，其特征在于，如果通讯异常，切换继电器J2与通讯供电电源连接，同时切换继电器J1到供电电源极性的反转；使得灯具进入应急状态。

6.如权利要求1所述的一种消防应急照明和疏散指示系统，其特征在于，所述集中电源单元或者配电箱的通讯部分包括：通讯主站，所述通讯主站一端连接供电电源，另一端通过继电器J2与应急照明灯具或疏散指示灯具的通讯电路连接；所述继电器J2的通断能够切换与供电电源的连接极性。

7.如权利要求1所述的一种消防应急照明和疏散指示系统，其特征在于，所述集中电源单元的供电部分包括：市电和电池电源，所述电池电源能够为疏散指示灯具供电；所述市电和电池电源分别通过继电器J3和隔离变压器T1连接，所述隔离变压器的输出用于为应急照明灯具供电；所述继电器J3的通断能够切换市电与隔离变压器T1连接，或者电池电源与隔离变压器T1连接。

8.如权利要求1所述的一种消防应急照明和疏散指示系统，其特征在于，还包括应急照明灯具的状态检测电路；所述状态检测电路包括：

PWM电路，所述PWM电路通过MOSFETQ1与应急照明灯具连接；所述PWM电路能够通过改变PWM的占空比控制灯具进入小电流工作模式，根据测得的灯具的电压和电流值，判断灯具是否有短路或者断路故障。

9.一种消防应急照明和疏散指示系统的控制方法，其特征在于，包括：

集中电源单元或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具通信正常时，通过广播模式，控制各灯具进入应急状态；

或者，广播设定次数后，通过改变集中电源或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得相应灯具进入应急状态；

集中电源单元或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具通信异常时，通过改变集中电源单元或者配电箱与应急照明灯具或疏散指示灯具连接的通讯线路的极性，使得相应灯具进入应急状态；

所述集中电源单元或者配电箱的通讯部分包括：通讯主站，所述通讯主站一端连接通讯供电电源，另一端通过继电器J2与应急照明灯具或疏散指示灯具的通讯电路连接；所述通讯供电电源通过继电器J1与继电器J2连接；所述继电器J1的通断能够切换与通讯供电电源的连接极性，所述继电器J2的通断能够切换与通讯主站连接或者直接与通讯供电电源连接。

Images