LONWORKS技术在消防应急照明和疏散指示系统中的应用

王维奇 王磊

潍坊昌大建设集团有限公司

LONWORKS技术在消防应急照明和疏散指示系统中的应用

王维奇 王磊

潍坊昌大建设集团有限公司

通过对HOCEN-EMCS消防应急照明和疏散指示系统的构成和功能的分析，将先进的LONWORKS电力载波控制网络技术应用于该系统，实现了对消防应急疏散照明灯具的监测和控制。

消防应急疏散照明灯具；LONWOR；KSLONTALK协议；LONBUS-PL总线；NEURON CHIP神经元芯片

引言

随着国民经济的发展，大型公共建筑物、大规模地下商业街等建筑越来越多。通常情况下，由于这些建筑物内部结构复杂，人员集中密集，一旦火灾或意外情况发生，容易造成群死群伤。因此，火灾时能否保证上述场所早期可靠的火灾探测报警和人员的安全疏散就显得非常重要。目前建筑物中已按照国家相关规范的要求分别安装了火灾探测报警装置和疏散指示设备，但它们分别独立工作，彼此之间没有密切联系和火灾发生时的联动关系。而固定方向疏散指示和安全出口标志，仍存在着隐患，即当疏散线路上或安全出口附近发生火灾时将人员引向危险区域的方向误导，同时，固定方向指示的疏散指示系统在烟雾条件下的引导效果也不理想。另外，值得注意的是由于大型公共建筑物规模庞大、结构复杂，灯具数量大，依靠人员管理难度很大，经常在发生火灾时，灯具已坏，而起不到应有的疏散作用。因此，人们对现有的疏散指示的依赖性不强，逃生人员容易忽视甚至看不到疏散指示，产品的疏散作用得不到充分发挥，在火灾中逃生人员死在安全出口几米远的事件时有发生。

智能应急照明和疏散指示系统的出现，解决了现有的应急疏散和指示系统存在不合理性和明显的问题，其中，美国E C H E L O N公司的LONWORKS电力线载波技术研制的智能应急照明和疏散指示系统,具有技术先进、通讯稳定、布线简单、结构合理、施工成本低、可互操作性强和自由拓扑结构等特点，根据着火点，系统可以自动为火灾时逃生人员指示一条安全、快捷、有序的逃生路线。

1 LONWORKS 网络控制技术

1.1 LONWORKS简介

LONWORKS是由美国埃施朗公司（E C H E L O N C o.）开发的一种完整、全开放、可互操作的目前已十分成熟的分布式控制网络技术的总称。全世界已有2500多家公司利用LONWORKS技术生产各种各样的LONWORKS产品，以满足现代化楼宇、工厂、TRANBBS交通运输系统、城市基础设施（水、电、气等）、家庭环境等自动化系统的分布式控制网络要求。为了保证来自众多厂家的产品是真正开放且满足LONWORKS技术要求并能使这些产品在一个LONWORKS分布式控制网络系统中实现即插即用，1994年由全球12家闻名工业集团发起、150家公司参加成立了一个称为L O N M A R K的互操作性协会，以确保各种产品在LONWORKS控制网络上具有互操作性。

1.1.1 LONWORKS网络控制技术的地位

Echelon公司的LonWorks网络是日常电器和设备网络化的、既成事实的跨行业标准。许多国家和行业已经吸收LonWorks网络作为其正式的行业标准，这标志着LonWorks网络能够在各个国家和行业普遍使用。以下为采用LonWorks的国家和行业标准组织的名称：

A A R－美国铁路协会（A m e r i c a n Association of Railroads）

（领域：运货列车制动）

ANSI－美国国家标准化组织（American National Standards Institute）

（领域：控制网络）

A S H R A E－美国暖通空调工程师协会（American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers）

（领域：楼宇）

IEEE－电子电气工程师学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers, In）c.

（领域：轻轨系统）

IFSF－国际加油站标准论坛（International Forecourt Standards Forum）

（领域：加油站）

SEMI－半导体设备与材料学会（Semiconductor Equipment and Materials Incorporated）

（领域：半导体生产设备）

2005年2月LONWorks技术成为ISO/ IEC 14908国际标准

2006年7月中国标准化管理局（SAC）正式将埃施朗公司的LonWorks技术转化为国家标准：GB/Z 20177-2006《控制网络LonWorks技术规范》

2006年9月国家标准GB/T 20299.4—2006标准采纳了LonWorks技术作为中国商业楼宇和住宅建设市场首选的控制联网技术。

1.1.2 LONWORKS网络控制技术介绍

LONWORKS技术的核心是LONTALK协议和NEURONCHIP 神经元芯片。LonTalk通讯协议其本身就遵循国际标准组织的开放系统参考模型(ISO/OSI)七层的每一层的控制要求，并通过具有三个CPU的神经元芯片(Neuron Chip)，将网络LonTalk通讯协议的参考模型的前6层嵌入并固化在了神经元芯片之中，这种协议对任何用户都是开放的，可以实现不同产品间的互操作，不受网络的限制，可采用任何传输媒介进行通讯，其网络通信通过采用网络变量直接绑定，实现各节点之间的互操作。

LONWORKS 技术广泛应用于轨道交通、网络能源管理、智能楼宇、暖通空调、煤矿安全、能源和环境管理等领域，2006年7月中国国家标准化局（S A C）正式将LONWORKS采纳为国家标准GB/Z 20177-2006《控制网络LonWorks技术规范》：

GB/Z 20177.1-2006 控制网络LonWorks技术规范第1部分：协议规范。

GB/Z 20177.2-2006 控制网络LonWorks技术规范第2部分：电力线信道规范。

GB/Z 20177.3-2006 控制网络LonWorks技术规范第3部分：自由拓扑双绞线信道规范。

GB/Z 20177.4-2006 控制网络LonWorks技术规范第4部分：基于隧道技术在IP信道上传输控制网络协议的规范。

2006年9月国家标准GB/T 20299.4—2006标准采纳了LonWorks技术作为中国商业楼宇和住宅建设市场首选的控制联网技术。

1.2 LonWorks电力线载波技术

LonWorks电力线载波技术为基础透过电力线载波智能收发器完成数据通信。LonWorks载波智能收发通讯方式是采用带有DSP增强接收器的双频BPSK，具有以下的特点：

窄带技术,数字信号处理技术：系统将噪声抑制和畸变纠正的专利算法技术应用到数字信号处理内核中。这些性能使得收发器可以纠正电力线信号中多种多样的干扰，包括脉冲噪声，连续音频噪声、相位畸变等。

独特的双载频工作方式 ：当第一载波频率由于噪声而阻塞时，会自动切换到第二载波频率 ，两个载波频率选择时，考虑了避免由于谐波而导致两个频率同时被阻塞，这些，确保了即使在有噪声的情况下，数据包仍能可靠地接收。

前向纠错：许多噪声源主要是通过损坏数据包的办法来干扰电力线信号。神经元智能收发器在循环冗余校验码的基础上，采用高效低消耗的前向纠错码(FEC)算法来克服错误包。

强大的输出放大器：外接高输出放大器的智能收发器可以发出满足世界发射要求的7V峰峰值信号。

宽广的动态范围：动态范围和接收器的灵敏度有关。 神经元智能收发器的动态范围达到＞80dB。在一条低噪安静的传输线上智能收发器可以接收衰减达104的信号。

2 LONWORKS电力线载波技术在应急照明和疏散指示系统的应用

以LONWORKS 电力线载波技术作为核心技术研制出的HOCEN-EMCS智能应急照明和疏散指示系统，可行成开放式、先进的、通讯稳定、自由拓扑、施工方便、成本低的疏散指示网络控制技术，为火灾时逃生人员指明一条安全、快捷、有序的逃生路线，避免了大量人员伤亡。

下面就LONWORKS智能应急照明和疏散指示系统在潍坊市奥体中心体育场工程中的实际应用，进行系统介绍。

潍坊市奥体中心体育场采用基于LONWORKS电力载波技术的智能应急照明和疏散指示系统，该系统具有先进性、可互操作性、通讯的稳定性、施工方便和成本等特点，从而把该系统方便地纳入了BACNET系统，同时监控EPS应急供电系统方便了整个体育场的统一管理。

2.1 系统的构成(见图1）

该站房 LONWORKS智能应急照明和疏散指示系统由1台中央监控主机、1条LonBus-PL通讯总线、1套LONTALKS通讯协议、1套应用软件、1套应急疏散预案软件、17台集中区域路由配电箱、284个疏散照明灯具和标志灯及安全出口灯具、楼层显示灯具等组成。每个带有独立地址的灯具均配有1个神经元芯片，每个神经元芯片具有3个8位的CPU微处理器。

2.2 系统的通讯接口

该系统采用网络服务接口，可通过i. LON 100e2互联网服务器与BACNET系统连接，实现统一管理；主机与火灾报警主机采用RS232接口连接，通过网关把外部专用的传统系统(FAS系统) 连接到LONWORKS系统，即把FAS系统专用的基于指令的报文翻译成基于信息的LONWORKS网络使用的网络变量，以接收来自FAS系统的火警联动信号；系统同时可以监控EPS集中电源系统。

2.3 系统的布线

中央监控主机采用LonBus-PL总线与路由配电箱中的路由器连接透过路由器连接应急灯具，通过lontalk协议进行通讯。

具体连接方式为主机和路由器之间采用1对四类网络通讯线连接，路由器和灯具之间采用普通的电力线即实现电力传输又实现通讯传输，无需另外敷设通讯线，从而实现对灯具的控制和监测。

2.4 系统设备介绍

2.4.1 中央监控主机（控制器）

该站房采用1台立柜式中央监控主机，落地安装于消防控制中心。主机可带多达32385个底层设备（灯具），可带255台路由设备，每个路由设备最多可带127个灯具。

主机的构成：工业控制计算机、数据采集卡、网络服务接口、网关、R S 485、RS232及USB接口、17″全彩液晶显示器、打印机、UPS备用电源及应用软件和疏散预案软件及机柜等。

主机的功能：

为B A C N E T系统提供各种信息，以便整个项目进行统一、协调的管理。

接收来自于FAS系统的火警信号，并向灯具发出强迫点灯、调向、频闪、灭灯、语音提示等命令，为火灾现场的逃生人员指示一条安全、快捷、有序的逃生路线。

主机自动实时监测通讯供电线路、系统组件、蓄电池、应急光源等是否工作正常；如发生故障，会发出声、光故障信号，并指示故障部位，提醒工作人员进行维修。

主机具有人性化设计的CAD平面图形监控功能，能实时显示灯具的状态、灯具的地理位置、火灾发生地点、能动态显示应急疏散逃生路线；并显示应急启动时间。

定期检测应急转换功能和应急持续时间，并满足以下要求：

1.可根据不同标准要求设定检测周期和检测时间；根据潍坊市相关规定，确定潍坊市奥体中心体育场的检测周期为一个月。

图 1

2.为避免在检测过程中发生火灾，可设定检测间隔灯具的数量和时 间；为使监测数据准确，自动避开检测前已经发生应急放电情况的灯具。

2.4.2 LonBus-PL通讯总线

Lon Bus-P L通讯总线是基于美国ECHELON公司的LONWORKS电力载波控制技术的通讯控制总线，采用lontalk协议进行通讯。由1对四类网络通讯线和普通BV电力线组成。主机和路由器之间采用1对四类网络通讯线连接，路由器和灯具之间采用普通的电力线即实现电力传输又实现通讯传输，无需另外敷设通讯线，大大节省了施工成本。

3 系统主要监控功能

3.1 监测功能

监控系统供电（通讯）网络各回路开路、短路监测。

实时监测与网络连接的应急灯具（节点）开路、短路。

实时监测应急灯具蓄电池、光源故障。

实时监测应急灯具蓄电池的充电状态。

定时监测应急灯具蓄电池应急时间（电池容量）。

定时监测系统应急预案启动及应急灯应急转换功能。

3.2 控制功能

智能开关技术可以远程设定应急灯具（节点）基本工作方式，如持续式、非持续式、可控式。

智能开关技术还可以远程设定和控制语音提示、导光流、频闪、等其他联动功能。

配合监测系统可以自动控制或手动控制应急灯具的应急转换功能，以确保完成监测任务。

3.3 智能动态导光

智能动态导光技术根据火灾探测器报警系统发出的联动信号确定火灾区域结合相关预案信息，由计算机分析选择最佳逃生路线，并发出指令控制标志灯导向箭头的光流方向，同时可以结合语音提示引导。

智能动态导光技术可以通过手动操作选择由计算机预先设定的应急预案，人为启动应急预案计算机自动选择最佳逃生路线，并发出指令控制标志灯导向箭头的光流方向，同时可以结合语音提示引导。

目前，国内消防应急疏散照明监控系统遵循国标G B 17945-2000《消防应急灯具》，定义为集中控制型消防应急灯具。其要求：控制器应能控制并显示与其相连的所有消防应急灯具的工作状态，并显示应急启动时间；控制器应能防止非专业人员操作；控制器在与其相连的消防应急灯具之间的连接线开路、短路（短路时消防应急灯具转入应急状态除外）时，应发出声、光故障信号，并指示故障部位；声故障信号应能手动消除，当有新的故障信号时，声故障信号应能再启动。光故障信号在故障排除前应保持。为此，建立一个可靠、有效、完善的消防应急疏散照明监控系统，监督应急疏散照明系统的运行状态是系统中设备保持正常运行，并根据火灾报警联动信号及其他灾情信息，通过计算机分析选择最佳逃生路线后控制应急标志箭头方向指引逃生。本文介绍采用LONWORKS电力载波控制网络技术实现的消防应急疏散照明智能监控系统的完整解决方案。

结束语

本文重点介绍LONWORKS控制网络技术在消防应急疏散照明智能监控系统中的应用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.105