活动式新型智能逃生梯控制系统

董禹希

（中国地质大学，北京 100000）

1 项目研究背景及意义

火灾逃生是人们关注的永恒话题。高层建筑起火因数复杂、火势蔓延途径多、消防人员扑救难度大，人员疏散困难。因此，高层楼房火灾逃生更是关注的焦点。新建高层建筑从逃生路线、通风系统、电梯布设、消防监控、以及消防联动等方面进行了系统性设计、系统性施工、系统性管理。我国大多数老旧楼房数量多、人口密度大，许多楼房室外电梯与室内电梯基本结构相似。

因此，系统造价高、施工难度大、推广困难。基于老旧小区楼房阳台的一般性结构，设计一套活动式新型智能逃生梯。正常状态下，逃生梯隐藏在各户阳台之内，不影响正常生活；当出现火灾情况，消防报警后，智能逃生梯联动，自动滑落在各阳台之间，成为一条逃生通道。住户从墙体外侧智能逃生梯自行下梯，降低在楼道逃生时，吸入有毒气体的危险，为消防系统多加一层屏障，成为一道保卫生命的绿色通道。

2 实施过程、主要进展与成果

一部活动式新型智能逃生梯系统由若干环节组成，根据楼层的层数而定，一层楼配置一个环节。每个环节由挂梯部分、隔离部分、电控部分三部分组成，其机电系统相同，所有逃生梯的若干环节均由同一个控制系统控制，与火灾报警系统联动。

无火灾时，活动式新型智能逃生梯嵌于楼房阳台之间，不影响居民正常生活；出现火灾险情时，活动式新型智能逃生梯自动滑落，形成逃生通道，以保障应急逃生。整个系统以PLC为控制核心，控制每个环节的电气部分、挂梯部分、隔离部分的协调工作，与火灾报警系统联动。

结构方面通过机械设计和电气设计达成研究需要的逃生梯项目，通过PLC 达成控制需要，基于PLC 控制的活动式新型智能移动逃生梯兼各种逃生于一体，在不影响楼宇外观的前提下，减少了高楼的投资，提高了楼宇逃生的安全性。

2.1 火灾报警部分

检测系统、控制系统是火灾报警系统的重要组成部分。当传感器在感应到高温和烟雾后产生信号并传给PLC 控制中心，再由PLC 控制中心及时做出判断的同时，使用灭火系统动作，经过20s的报警时间或者人为按下逃生梯按钮后，PLC 控制电磁阀打开逃生梯实施逃生。系统主要结构如图1 所示。

2.1.1 系统控制要求。当高温和烟雾出现时，由传感器传送到报警灯和报警铃动作，如果20s 后没有人按下系统复位的话，电磁阀自动放下逃生梯。若有人按下手动逃生梯按钮，则立即接通电磁阀开始灭火。逃生梯会自动放下，形成逃生通道。

2.1.2 系统硬件设计。系统原理图见图2。

图2

2.1.3 系统软件设计。系统程序流程图如图3 所示。

图3 支撑装置

2.2 逃生梯的结构部分

逃生梯由逃生梯主体、升降固定支撑装置和升降移动支撑装置组成。高楼一侧外墙的两个顶角处装有升降固定支撑装置和升降移动支撑装置。

2.2.1 逃生梯的护栏结构。无火灾发生的情况下逃生梯位于高楼顶部四周用做防护栏，其结构如图4 所示。防护栏包括两个护栏，每个护栏又分为上下两层。护栏上层包括扶手、扶手柱以及均布安装于扶手上的照明灯；护栏下层包括两个横梁、护栏柱、脚踏板固定梁和护栏地面支撑滚轮，其中两个横梁平行设置，且两个护栏的相邻横梁通过护栏方形锁在直角锁定状态下固定连接；护栏柱分为护栏固定柱与护栏转动柱，护栏固定柱垂直位于两个平行设置的横梁之间，护栏转动柱位于两个护栏连接处的横梁之间；逃生梯脚踏板固定梁通过横梁锁嵌装在两个逃生梯横梁里；逃生梯横梁的底部均布安装地面支撑滚轮。护栏上层和下层通过护栏方形锁在平角锁定下固定连接。

图4

2.2.2 逃生梯的结构及其工作原理。当火灾发生时护栏2 沿着护栏转动柱2 向外转动90°，同时护栏转动柱2 处的护栏转动柱锁由直角锁定状态变为平角锁定状态，从而使两个横梁处于一条直线上，即护栏1 和护栏2 合为一体，随后护栏转动柱1 处的护栏转动柱锁由平角锁定状态变为直角锁定状态，护栏下层向外翻转90°变为脚踏板，同时横梁锁由零角锁定状态变为平角锁定状态，上层不动，此时护栏与逃生梯升降移动支撑装置和逃生梯升降固定支撑装置连接在一起，并通过逃生梯升降移动支撑装置和逃生梯升降固定支撑装置的运作使逃生梯主体变形为云梯作为居民的逃生通道，其结构如图5 所示。

图5

2.3 逃生梯的控制部分

逃生梯控制部分由PLC、温度传感器、报警装置、控制面板、执行操动机构和电磁锁组成。PLC 分别与温度传感器、报警装置、电磁锁、控制面板及执行操动机构相连接。逃生梯控制部分结构如图6 所示。

图6

系统控制要求。当高温和烟雾时出现时，由传感器传到报警灯和报警铃动作，如果20s 后没有人按下系统复位的话，电磁阀自动放下逃生梯。若有人按下手动逃生梯按钮，则立即接通电磁阀开始灭火。逃生梯会自动放下，形成逃生通道。通过人为按键操作次数可以达到对逃生梯相对位置比较准确的控制。因此工作人员可以通过控制面板控制逃生云梯伸缩变换长度，上下移动到任何发生火灾的地方，为解救被困人员提供很大方便，逃生梯控制流程图如图7 所示。

图7

3 研究心得

项目立项以来，我查阅了大量的参考文献，学习了PLC编程等相关内容，确定了智能逃生梯项目的主要工作，包括工艺设计、机械系统、电气系统、软件设计。但由于疫情的影响，推迟了原本的计划安排。在回到学校之后我自费购买了智能逃生梯的组建，组装好逃生梯的各个模块，进行了不断的实验。在调试的过程中，我不断修改程序，使得当火灾发生时每一层逃生梯能有序工作，确保逃离人员安全。

通过这次项目，我们总结了一个成熟的PLC项目所需要的流程：（1）熟悉好现场环境和工艺流程；（2）设计出安全可靠的方案；（3）画出电气控制原理图；（4）确定好材料，制作材料物资明细表；（5）编写PLC程序；（6）现场调试，并完善工艺控制方案。每一步都需要耐心细致的完成，在这次研究项目中，我们在老师的指导下熟练的运用了所学知识，做到了将理论照进现实的第一步，每个人的能力都得到了很大的提升。

在创业训练项目的实施研究过程中，我查阅了大量的参考文献，学到了本专业外的很多知识，提高了自己的学习和创新能力。我会珍惜每一次历练与成长的机会，不断地努力奋斗，努力提高自己的创新能力，早日成为一个具有创新、创业型的综合性人才。

4 存在的问题与建议

4.1 存在问题

4.1.1 在结构搭建中，可选择的角钢等部件材质、种类众多，搭建初期部分选材不合适，难以匹配到制作适配度最高的零部件，造成时间与材料成本的浪费。

4.1.2 需在控制材料成本与重量的前提下搭建保障承重力的云梯，这一设计涉及的知识面较广，且纸面设计落实到实体模型中的可操作性不足。

4.1.3 整个系统需多个模块协调工作，监测实况，收集数据并处理分析，反馈结果提供报警与逃生功能，在实体模型中各个模块的协调性不足，且系统运用到实际中的及时性依旧不足，灵敏度有待提高。

4.2 建议

4.2.1 综合考虑材料的质量，配适度，性价比等因素，选择最适合搭建模型的材料。

4.2.2 把实物模型不便操作的地方进一步改进，提高整套系统的实用性。

4.2.3 提高烟雾、温度传感器的灵敏度，使逃生梯对于火灾的检测更加迅速可靠，提高系统的及时性。