单片机在防火卷帘门控制系统中的应用研究

  文 朱进浩  银陆青岛卷帘门有限公司  山东青岛
  摘要：本文根据J GJ／T16 - 92《民用建筑电气设计规范》阐述了防火卷帘门的控制要求，研究了以单片机为核心的防火卷帘门控制系统的原理，给出了软件设计思想，并探讨了其在工程实践中的应用价值。
  关键词：防火卷帘门；单片机；限位；调中停
一、引言
  防火卷帘门是现代高层建筑中不可缺少的防火设施，具有防火、防烟、防盗、防风等多种功能，广泛应用于高层建筑、大型商场等人员密集的场合。其作用是在火灾事故发生时，在能够保证人员快速疏散的情况下，阻止火灾事故的蔓延，将火灾控制在一定范围内，从而最大限度地减少火灾事故造成的损失。防火卷帘门控制系统设计的合理与否直接关系到其功能的有效发挥。
  驱动防火卷帘门的执行机构是开闭机，包括专用的三相电动机、减速箱、电磁阀、限位器和限速装置，开闭机还配备大小链轮和手摇把等手动启闭附件。开闭机的控制包括强电和弱电两部分，其中，强电控制线路由相序保护、短路保护、热保护和正反转控制用交流接触器等组成；弱电控制主要是处理烟感、温感、升降按钮等输入信号，根据输入信号给出卷帘门升、降、停等控制信号，并显示系统的工作状态及控制信号传输等。本文主要研究以单片机为核心的防火卷帘门的电气控制系统。
二、防火卷帘门的控制要求
  在高层民用建筑和多层的一二类大中型公共建筑中，  电动防火卷帘门的控制一般应同时满足三种方式：一是自动控制；二是手动就地控制；三是消防控制室远距离控制。
（一）自动控制
  自动控制的信号源采自防火卷帘门一侧或二侧顶棚上设置的感烟和感温火灾探测器，将采集到的信号送至单片机，单片机输出执行信号至防火卷帘门控制箱，控制防火卷帘门下降。一般民用建筑发生的火灾分为三个阶段，一是阴燃，二是燃烧，三是熄灭。阴燃就是我们常说的发烟，是火灾初期的一种现象。当感烟探测器检测到一定的烟雾时，便发出信号，使卷帘门下降到距地1. Sm处。用于防止烟雾扩散到其它防火分区。当火灾进入第二阶段，即燃烧阶段时，燃烧产生的高温使感温探测器发出信号，使卷帘门再次下降到底，防止火势的蔓延。感烟和感温两只探测器对卷帘门控制构成了“与门”  关系，满足了使用要求。
（二）就地手动控制
  为及时处理各种应急情况，比如人员的紧急疏散，每个防火卷帘门必须在两侧设置手动操作按钮。手动操作按钮直接接入防火卷帘的电气控制箱，并以最高操作优先级控制防火卷帘的升降。火灾发生时，可按动手动按钮控制防火卷帘门的启闭，这样既能保证人员的疏散逃离，又能有效阻止火灾的蔓延。
    手动控制盒一般安装在防火卷帘门两侧的墙面或柱子上，安装高度为1.2～1．4m。在控制盒上方应设一只信号灯。只要防火卷帘门下降，指示灯就点亮，灯光颜色最好用橘黄色，这种灯光穿透烟雾的能力较强。
（三）远动控制及信号显示
  《规范》中明确规定，电动防火卷帘门采取两步落底的控制方式，并应分别将报警及动作信号送至消防控制室，在消防控制室应有应急控制手段。
三、控制系统原理
  以单片机为核心的控制系统处理信号方便灵活，易于实现中停时间的调节及紧急逃生程序等。
  单片机的输入信号主要有4类：烟、温感信号，限位控制信号，手动控制信号和消防中心信号。
  烟、温感信号来自于在防火门一侧或两侧顶棚上安装的传感器，一个为感烟传感器，另一个为感温传感器。一旦火情发生，感烟传感器首先发出信号，通过调理电路送入单片机的I／O口，单片机接收烟感信号，它在发出报警信号和向消防中心传送信号的同时，驱动防火卷帘门自动地匀速下落。当门的底边至地面80cm时，停顿一段时间f其长短可事先设定，如20s），让里面的人得以进出，然后继续下落直至将着火区完全隔断开。如果火势较为迅猛，则感温传感器直接工作。这时单片机若接收到温感信号就会命令防火门直接下降至关闭，无中间停顿过程。如果防火门落下后，里面还有人员尚未逃出，可在设于内侧门边的副按钮盒（手动盒）上任意按动一键。卷帘门可上抬一小段距离（其高度大小及时间长短亦可根据需要事前设定），待人员逃离后再自行落下直至完全封闭。
  手动控制信号，指通过接通电脑控制箱按钮盒上的多个按健来分别完成直接下落、中停下落和短距离上抬然后下落等工作。
  两个传感器及副按钮盒应安置在易发生火情的一边，而电脑控制箱及主按钮盒则安装在另一边。
  限位控制信号是靠卷帘门电机转动后，减速齿轮带动限位器齿轮使丝杆转动，撞块沿丝杆轴向运动，触动设在相应位置上的微动开关，接通卷帘门中位、底位的信号电源。该信号输入单片机，指示卷帘门的上、中、下位置，同时送给消防控制中心。
  单片机接收消防中心控制信号，实现远动控制。单片机也接收相序检测电路号实现相序检测和缺相保护。
  单片机的输出控制信号主要有4类：控制信号，门位反馈信号，运行状态显示和声光报警信号。
  控制信号主要是用来控制驱动卷帘门的继电器，在本文中，继电器KM1和KM2同时工作，控制卷帘门下降，继电器KM1和K M3同时工作，控制卷帘门上升。
  门位反馈信号给出门开、门停、门闭的状态，送给消防中心。状态指示信号以指示灯的方式提示当前卷帘门处于上行位、下行位等状态。声、光报警信号是当发生火灾时报警，并启动水喷淋。
四、控制系统软件设计
  单片机经过初始化后，进行传感器信号和键值的判定，再去执行相应的功能模块程序，包括键控上升、键控下降、键控调中停、温感一步降、烟感两步降、防火中心控制升降及紧急逃生程序共7个模块。
  根据火灾发生的一般规律，火灾初期先产生烟雾，然后温度升高。因此设置温感一步降和烟感两步降功能。为防止误动作，接警后软件先符合0.5  s。温感一步降模块功能：接收到温感报警信号，卷帘一步降到全关闭。烟感二步降模块功能：接收到烟感报警信号，卷帘第一步降到中停位置（距地面约1.5m，中停（小于20mn，大于5 s）可调。此时门的作用：①起挡烟垂壁作用；②提供人员疏散逃生机会。中停后卷帘再下降至全关闭。
  键控调中停程序功能：①键控卷帘上升到顶限；②按住停键lOs至卷帘下降，松开停键；③在设定的中停位置，按一下停键，卷帘停住；④听到蜂鸣器叫一声，则中停时间预置为5 S；⑤累计听列n次蜂鸣，则预置中停时间T=5nf s）后，再按一下停止键；⑥此时卷帘自动上升，调中停结束。
  紧急逃生程序功能：在卷帘门有火警下降，已过中停或卷帘已关闭时，如仍有人员被封闭在火场一侧，此时欲逃离人员只要按动手盒的升、降或停3个按钮中的任何一个，皆可使卷帘门向上开启Im的高度，帮助人们逃生。卷帘上升lOs后，又自动转换成下降状态，直至全关闭卷帘门。紧急逃生模块可以重复触发。
五、结束语
  用单片机作主控单元，采用记忆方式设定中位，调试简单。其它功能如通过限位信号、手动控制信号、烟温感信号、消防中心信号对防火卷帘进行控制等也易于实现，并能够自动反馈门位信号、报警信号至消防报警系统，在实际工程中具有较高的应用价值。