活動式新型智能逃生梯控制系統(tǒng)

董禹希

（中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100000）

1 項目研究背景及意義

火災(zāi)逃生是人們關(guān)注的永恒話題。高層建筑起火因數(shù)復(fù)雜、火勢蔓延途徑多、消防人員撲救難度大，人員疏散困難。因此，高層樓房火災(zāi)逃生更是關(guān)注的焦點。新建高層建筑從逃生路線、通風(fēng)系統(tǒng)、電梯布設(shè)、消防監(jiān)控、以及消防聯(lián)動等方面進行了系統(tǒng)性設(shè)計、系統(tǒng)性施工、系統(tǒng)性管理。我國大多數(shù)老舊樓房數(shù)量多、人口密度大，許多樓房室外電梯與室內(nèi)電梯基本結(jié)構(gòu)相似。

因此，系統(tǒng)造價高、施工難度大、推廣困難?；诶吓f小區(qū)樓房陽臺的一般性結(jié)構(gòu)，設(shè)計一套活動式新型智能逃生梯。正常狀態(tài)下，逃生梯隱藏在各戶陽臺之內(nèi)，不影響正常生活；當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)情況，消防報警后，智能逃生梯聯(lián)動，自動滑落在各陽臺之間，成為一條逃生通道。住戶從墻體外側(cè)智能逃生梯自行下梯，降低在樓道逃生時，吸入有毒氣體的危險，為消防系統(tǒng)多加一層屏障，成為一道保衛(wèi)生命的綠色通道。

2 實施過程、主要進展與成果

一部活動式新型智能逃生梯系統(tǒng)由若干環(huán)節(jié)組成，根據(jù)樓層的層數(shù)而定，一層樓配置一個環(huán)節(jié)。每個環(huán)節(jié)由掛梯部分、隔離部分、電控部分三部分組成，其機電系統(tǒng)相同，所有逃生梯的若干環(huán)節(jié)均由同一個控制系統(tǒng)控制，與火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動。

無火災(zāi)時，活動式新型智能逃生梯嵌于樓房陽臺之間，不影響居民正常生活；出現(xiàn)火災(zāi)險情時，活動式新型智能逃生梯自動滑落，形成逃生通道，以保障應(yīng)急逃生。整個系統(tǒng)以PLC為控制核心，控制每個環(huán)節(jié)的電氣部分、掛梯部分、隔離部分的協(xié)調(diào)工作，與火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動。

結(jié)構(gòu)方面通過機械設(shè)計和電氣設(shè)計達成研究需要的逃生梯項目，通過PLC 達成控制需要，基于PLC 控制的活動式新型智能移動逃生梯兼各種逃生于一體，在不影響樓宇外觀的前提下，減少了高樓的投資，提高了樓宇逃生的安全性。

2.1 火災(zāi)報警部分

檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)是火災(zāi)報警系統(tǒng)的重要組成部分。當(dāng)傳感器在感應(yīng)到高溫和煙霧后產(chǎn)生信號并傳給PLC 控制中心，再由PLC 控制中心及時做出判斷的同時，使用滅火系統(tǒng)動作，經(jīng)過20s的報警時間或者人為按下逃生梯按鈕后，PLC 控制電磁閥打開逃生梯實施逃生。系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.1.1 系統(tǒng)控制要求。當(dāng)高溫和煙霧出現(xiàn)時，由傳感器傳送到報警燈和報警鈴動作，如果20s 后沒有人按下系統(tǒng)復(fù)位的話，電磁閥自動放下逃生梯。若有人按下手動逃生梯按鈕，則立即接通電磁閥開始滅火。逃生梯會自動放下，形成逃生通道。

2.1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計。系統(tǒng)原理圖見圖2。

圖2

2.1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計。系統(tǒng)程序流程圖如圖3 所示。

圖3 支撐裝置

2.2 逃生梯的結(jié)構(gòu)部分

逃生梯由逃生梯主體、升降固定支撐裝置和升降移動支撐裝置組成。高樓一側(cè)外墻的兩個頂角處裝有升降固定支撐裝置和升降移動支撐裝置。

2.2.1 逃生梯的護欄結(jié)構(gòu)。無火災(zāi)發(fā)生的情況下逃生梯位于高樓頂部四周用做防護欄，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。防護欄包括兩個護欄，每個護欄又分為上下兩層。護欄上層包括扶手、扶手柱以及均布安裝于扶手上的照明燈；護欄下層包括兩個橫梁、護欄柱、腳踏板固定梁和護欄地面支撐滾輪，其中兩個橫梁平行設(shè)置，且兩個護欄的相鄰橫梁通過護欄方形鎖在直角鎖定狀態(tài)下固定連接；護欄柱分為護欄固定柱與護欄轉(zhuǎn)動柱，護欄固定柱垂直位于兩個平行設(shè)置的橫梁之間，護欄轉(zhuǎn)動柱位于兩個護欄連接處的橫梁之間；逃生梯腳踏板固定梁通過橫梁鎖嵌裝在兩個逃生梯橫梁里；逃生梯橫梁的底部均布安裝地面支撐滾輪。護欄上層和下層通過護欄方形鎖在平角鎖定下固定連接。

圖4

2.2.2 逃生梯的結(jié)構(gòu)及其工作原理。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時護欄2 沿著護欄轉(zhuǎn)動柱2 向外轉(zhuǎn)動90°，同時護欄轉(zhuǎn)動柱2 處的護欄轉(zhuǎn)動柱鎖由直角鎖定狀態(tài)變?yōu)槠浇擎i定狀態(tài)，從而使兩個橫梁處于一條直線上，即護欄1 和護欄2 合為一體，隨后護欄轉(zhuǎn)動柱1 處的護欄轉(zhuǎn)動柱鎖由平角鎖定狀態(tài)變?yōu)橹苯擎i定狀態(tài)，護欄下層向外翻轉(zhuǎn)90°變?yōu)槟_踏板，同時橫梁鎖由零角鎖定狀態(tài)變?yōu)槠浇擎i定狀態(tài)，上層不動，此時護欄與逃生梯升降移動支撐裝置和逃生梯升降固定支撐裝置連接在一起，并通過逃生梯升降移動支撐裝置和逃生梯升降固定支撐裝置的運作使逃生梯主體變形為云梯作為居民的逃生通道，其結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5

2.3 逃生梯的控制部分

逃生梯控制部分由PLC、溫度傳感器、報警裝置、控制面板、執(zhí)行操動機構(gòu)和電磁鎖組成。PLC 分別與溫度傳感器、報警裝置、電磁鎖、控制面板及執(zhí)行操動機構(gòu)相連接。逃生梯控制部分結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖6

系統(tǒng)控制要求。當(dāng)高溫和煙霧時出現(xiàn)時，由傳感器傳到報警燈和報警鈴動作，如果20s 后沒有人按下系統(tǒng)復(fù)位的話，電磁閥自動放下逃生梯。若有人按下手動逃生梯按鈕，則立即接通電磁閥開始滅火。逃生梯會自動放下，形成逃生通道。通過人為按鍵操作次數(shù)可以達到對逃生梯相對位置比較準確的控制。因此工作人員可以通過控制面板控制逃生云梯伸縮變換長度，上下移動到任何發(fā)生火災(zāi)的地方，為解救被困人員提供很大方便，逃生梯控制流程圖如圖7 所示。

圖7

3 研究心得

項目立項以來，我查閱了大量的參考文獻，學(xué)習(xí)了PLC編程等相關(guān)內(nèi)容，確定了智能逃生梯項目的主要工作，包括工藝設(shè)計、機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、軟件設(shè)計。但由于疫情的影響，推遲了原本的計劃安排。在回到學(xué)校之后我自費購買了智能逃生梯的組建，組裝好逃生梯的各個模塊，進行了不斷的實驗。在調(diào)試的過程中，我不斷修改程序，使得當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時每一層逃生梯能有序工作，確保逃離人員安全。

通過這次項目，我們總結(jié)了一個成熟的PLC項目所需要的流程：（1）熟悉好現(xiàn)場環(huán)境和工藝流程；（2）設(shè)計出安全可靠的方案；（3）畫出電氣控制原理圖；（4）確定好材料，制作材料物資明細表；（5）編寫PLC程序；（6）現(xiàn)場調(diào)試，并完善工藝控制方案。每一步都需要耐心細致的完成，在這次研究項目中，我們在老師的指導(dǎo)下熟練的運用了所學(xué)知識，做到了將理論照進現(xiàn)實的第一步，每個人的能力都得到了很大的提升。

在創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目的實施研究過程中，我查閱了大量的參考文獻，學(xué)到了本專業(yè)外的很多知識，提高了自己的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。我會珍惜每一次歷練與成長的機會，不斷地努力奮斗，努力提高自己的創(chuàng)新能力，早日成為一個具有創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)型的綜合性人才。

4 存在的問題與建議

4.1 存在問題

4.1.1 在結(jié)構(gòu)搭建中，可選擇的角鋼等部件材質(zhì)、種類眾多，搭建初期部分選材不合適，難以匹配到制作適配度最高的零部件，造成時間與材料成本的浪費。

4.1.2 需在控制材料成本與重量的前提下搭建保障承重力的云梯，這一設(shè)計涉及的知識面較廣，且紙面設(shè)計落實到實體模型中的可操作性不足。

4.1.3 整個系統(tǒng)需多個模塊協(xié)調(diào)工作，監(jiān)測實況，收集數(shù)據(jù)并處理分析，反饋結(jié)果提供報警與逃生功能，在實體模型中各個模塊的協(xié)調(diào)性不足，且系統(tǒng)運用到實際中的及時性依舊不足，靈敏度有待提高。

4.2 建議

4.2.1 綜合考慮材料的質(zhì)量，配適度，性價比等因素，選擇最適合搭建模型的材料。

4.2.2 把實物模型不便操作的地方進一步改進，提高整套系統(tǒng)的實用性。

4.2.3 提高煙霧、溫度傳感器的靈敏度，使逃生梯對于火災(zāi)的檢測更加迅速可靠，提高系統(tǒng)的及時性。