活動式新型智能逃生梯控制系統

董禹希

（中國地質大學，北京 100000）

1 項目研究背景及意義

火災逃生是人們關注的永恒話題。高層建筑起火因數復雜、火勢蔓延途徑多、消防人員撲救難度大，人員疏散困難。因此，高層樓房火災逃生更是關注的焦點。新建高層建筑從逃生路線、通風系統、電梯布設、消防監控、以及消防聯動等方面進行了系統性設計、系統性施工、系統性管理。我國大多數老舊樓房數量多、人口密度大，許多樓房室外電梯與室內電梯基本結構相似。

因此，系統造價高、施工難度大、推廣困難。基于老舊小區樓房陽臺的一般性結構，設計一套活動式新型智能逃生梯。正常狀態下，逃生梯隱藏在各戶陽臺之內，不影響正常生活；當出現火災情況，消防報警后，智能逃生梯聯動，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，為消防系統多加一層屏障，成為一道保衛生命的綠色通道。

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由若干環節組成，根據樓層的層數而定，一層樓配置一個環節。每個環節由掛梯部分、隔離部分、電控部分三部分組成，其機電系統相同，所有逃生梯的若干環節均由同一個控制系統控制，與火災報警系統聯動。

無火災時，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；出現火災險情時，活動式新型智能逃生梯自動滑落，形成逃生通道，以保障應急逃生。整個系統以PLC為控制核心，控制每個環節的電氣部分、掛梯部分、隔離部分的協調工作，與火災報警系統聯動。

結構方面通過機械設計和電氣設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 火災報警部分

檢測系統、控制系統是火災報警系統的重要組成部分。當傳感器在感應到高溫和煙霧后產生信號并傳給PLC 控制中心，再由PLC 控制中心及時做出判斷的同時，使用滅火系統動作，經過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。系統主要結構如圖1 所示。

2.1.1 系統控制要求。當高溫和煙霧出現時，由傳感器傳送到報警燈和報警鈴動作，如果20s 后沒有人按下系統復位的話，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 系統硬件設計。系統原理圖見圖2。

圖2

2.1.3 系統軟件設計。系統程序流程圖如圖3 所示。

圖3 支撐裝置

2.2 逃生梯的結構部分

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 逃生梯的護欄結構。無火災發生的情況下逃生梯位于高樓頂部四周用做防護欄，其結構如圖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下固定連接；護欄柱分為護欄固定柱與護欄轉動柱，護欄固定柱垂直位于兩個平行設置的橫梁之間，護欄轉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 逃生梯的結構及其工作原理。當火災發生時護欄2 沿著護欄轉動柱2 向外轉動90°，同時護欄轉動柱2 處的護欄轉動柱鎖由直角鎖定狀態變為平角鎖定狀態，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，隨后護欄轉動柱1 處的護欄轉動柱鎖由平角鎖定狀態變為直角鎖定狀態，護欄下層向外翻轉90°變為腳踏板，同時橫梁鎖由零角鎖定狀態變為平角鎖定狀態，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，其結構如圖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、執行操動機構和電磁鎖組成。PLC 分別與溫度傳感器、報警裝置、電磁鎖、控制面板及執行操動機構相連接。逃生梯控制部分結構如圖6 所示。

圖6

系統控制要求。當高溫和煙霧時出現時，由傳感器傳到報警燈和報警鈴動作，如果20s 后沒有人按下系統復位的話，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，上下移動到任何發生火災的地方，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，學習了PLC編程等相關內容，確定了智能逃生梯項目的主要工作，包括工藝設計、機械系統、電氣系統、軟件設計。但由于疫情的影響，推遲了原本的計劃安排。在回到學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。在調試的過程中，我不斷修改程序，使得當火災發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，我們總結了一個成熟的PLC項目所需要的流程：（1）熟悉好現場環境和工藝流程；（2）設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）現場調試，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，我們在老師的指導下熟練的運用了所學知識，做到了將理論照進現實的第一步，每個人的能力都得到了很大的提升。

在創業訓練項目的實施研究過程中，我查閱了大量的參考文獻，學到了本專業外的很多知識，提高了自己的學習和創新能力。我會珍惜每一次歷練與成長的機會，不斷地努力奮斗，努力提高自己的創新能力，早日成為一個具有創新、創業型的綜合性人才。

4 存在的問題與建議

4.1 存在問題

4.1.1 在結構搭建中，可選擇的角鋼等部件材質、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，這一設計涉及的知識面較廣，且紙面設計落實到實體模型中的可操作性不足。

4.1.3 整個系統需多個模塊協調工作，監測實況，收集數據并處理分析，反饋結果提供報警與逃生功能，在實體模型中各個模塊的協調性不足，且系統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，使逃生梯對于火災的檢測更加迅速可靠，提高系統的及時性。