電梯光幕檢測過程自動化裝置的設計與研究

盧華兵，張海鷗，王桂蘭

（1.華中科技大學 數字制造裝備與技術國家重點實驗室，武漢 430074；2.華中科技大學 材料成型與模具技術國家重點實驗室，武漢 430074）

0 引言

隨著全球經濟和我國城市化的高速發展，建筑趨于高層化，配套的設備也越來越齊全，其中電梯的保有量就在逐步攀升。而隨著電梯的大量使用，電梯安全事故也越來越多[1,2]。電梯光幕作為一個重要的保護裝置，得到了快速的發展，現在光幕產品性能穩定，技術日趨成熟。盡管如此，對電梯光幕的檢測仍然必不可少。目前，雖然理論上有各式動態檢測方法，但是國內外對電梯光幕的檢測都只是采用人工模擬的方式對其各項性能指標進行測試，由于容易受到人為因素的影響，不能真正反映電梯光幕的實際性能。在電梯光幕性能檢測裝置的研究上都普遍的偏向于實驗，還沒有適用于電梯光幕生產廠家的高效率檢測裝置。

本課題組所研制的電梯光幕檢測過程自動化裝置，能按照電梯光幕生產廠家的檢測要求，通過PLC和執行機構，自動模擬電梯光幕的檢測動作，實現電梯光幕終檢工序的自動化，提高了終檢效率和檢測可靠度。

1 電梯光幕性能檢測要求

電梯光幕是一種光線式電梯門安全保護裝置，由安裝在電梯轎門兩側的紅外發射器與紅外接收器、安裝在轎頂的電源盒及專用柔性電纜四大部分組成[3]。當乘客進出電梯阻擋了紅外光幕掃描過程中的任何一束，光幕控制系統就會探知，并輸出信號給電梯轎廂門系統，使正在關閉的電梯門反轉打開，從而起到保護乘客的目的[4]。

目前我國的電梯光幕生產廠家較多，產量較大，但由于電梯光幕沒有列入到電梯安全部件，其產品性能還沒有引起業界足夠的重視。使用已超過幾十年的產品，到現在還沒有相應的國家標準或行業標準[5,6]，只有一些生產企業采用人工方法對產品自行進行檢驗，其檢測效率低，且不能真實反映光幕在實際使用環境條件下的綜合性能，導致產品的質量參差不齊，使用過程中出故障的頻率較高。目前企業對電梯光幕終檢的性能要求如表1所示。

表1 電梯光幕性能檢測要求

2 檢測裝置的整體結構設計

2.1 裝置的整體布局

根據電梯光幕的性能檢測要求和目前市場上電梯光幕生產廠家的終檢工序，對其進行分析，將裝置的檢測部分分為三部分：橫向角度檢測機構，檢測滑臺和遮擋機構。其整體布局如圖1所示。

圖1 裝置整體結構布局

該裝置的整體布局較為緊湊合理，光幕橫向放置于骨架組合上有利于工人的放置和取走光幕，便于操作；上下料機構采用龍門式結構，對其他運動不造成干涉。

2.2 檢測動作分配

電梯光幕檢測過程自動化裝置由上下料機構和檢測機構組成，其中檢測機構主要由三部分組成：橫向角度檢測機構、檢測滑臺機構和遮擋檢測機構。

橫向角度檢測機構用于檢測電梯光幕的橫向角度偏差，由步進電機完成執行機構的偏轉運動；檢測滑臺用于檢測電梯光幕的垂直偏差、水平偏差、檢出程度和縱向角度偏差，由氣缸完成執行機構的運動，檢測滑臺的整體運動由伺服電機控制；遮擋檢測機構用來模擬光幕的遮擋，其執行機構由步進電機完成。

2.3 檢測滑臺結構設計

為了方便檢測，將水平偏差、垂直偏差、縱向角度偏差三個檢測項目合并為一個工位，在檢測滑臺上完成。檢測滑臺安裝于雙列直線導軌上，在伺服電機的驅動下[7,8]，可以在0～4m的范圍內運動，便于在1m處和4m處的遮擋檢測。

檢測滑臺設計為三層，通過上下料機構將光幕移動到檢測滑臺上面并夾緊，檢測滑臺可以執行上下、左右和旋轉動作，具體設計如圖2所示。

圖2 檢測滑臺結構設計圖

電梯光幕接收端移至檢測滑臺上面，在傳感器檢測到電梯光幕到位后，夾緊氣缸將光幕夾緊。上下直線氣缸1工作，使電梯光幕接收端向上移動3mm進行水平偏差檢測；左右直線氣缸2工作，使電梯光幕接收端向左右各移動15mm進行垂直偏差檢測；前后直線氣缸3工作，使電梯光幕接收端繞圓錐滾子軸承中心旋轉15°進行縱向角度偏差檢測。

檢測完畢之后，上電氣缸工作，將光幕接收端退回上下料機構工作的位置。

2.4 橫向角度檢測臺結構設計

由于橫向角度的檢測較為復雜，綜合考慮裝置的整體布局，另外設計橫向角度檢測機構來檢測電梯光幕的橫向角度偏差。

橫向角度偏差的檢測需要將電梯光幕進行翻轉，需要將光幕抬起，該運動的實現由氣缸2和直線導軌完成，光幕的翻轉動作由步進電機完成，其具體設計如圖3所示。

圖3 橫向角度檢測臺結構設計圖

上下料機構將光幕運送到檢測位置之后，氣缸1工作，將定位叉架1和定位叉架2插入到隨行夾具的定位孔當中，其中定位叉架2位固定叉架，定位叉架1安裝在電機軸上。定位動作完成之后，氣缸2工作，推動上下移動支撐板向上運動，將光幕抬起50mm，之后步進電機工作，使電梯光幕發射端轉動5°。當檢測完成之后，步進電機復位，氣缸依次退回。

3 控制系統設計

該系統要求控制簡單、可靠性強，便于自動化作業，綜合考慮成本與軟件開發難易程度，該系統采用觸摸屏和PLC控制。觸摸屏提供人性化的交互界面，PLC控制機械部分按照檢測要求執行檢測動作[9,10]。

按照性能檢測指標，其檢測過程中各執行部件的運動流程如圖4所示。

圖4 檢測過程動作流程圖

PLC選型主要CPU、通訊模塊、I/O模塊、框架、電源等部分的選型。而I/O口數量是控制器和設計方案的主要依據之一，I/O分配是否合理直接影響整個系統的效率與穩定性。通過分析該系統的特點與實際情況，基本I/O需求如表2所示。

表2 系統I/O需求

根據以上I/O口的需求情況分析，選擇型號為三菱FX2N-80MT型號的PLC。對于PLC系統程序，采用模塊化設計，由主程序和各功能子程序組成。在本控制系統中，子程序是各性能檢測指標項目及上下料控制程序。

4 設計結果與性能分析

通過以上設計，完成了電梯光幕檢測過程自動化裝置的機械部分的設計，其設計結果如圖5所示。

圖5 裝置整體圖

用自動化檢測裝置可規范檢測標準，實現定量化檢測。提高了檢測效率，裝置實際動作時間如表3所示。

表3 檢測時間

完成一對光幕檢測的時間為31s，考慮時間余量（包括工位轉換與人工干預處理不合格品），實際完成一對檢測的時間大致為40s。兩對光幕疊加在一起一同檢測，一天按8小時工作制，一臺裝置一天的檢測量為1440（對），相比電梯光幕生產廠家現在800對/天的終檢過程，大大提高了工作效率。

5 結束語

電梯光幕檢測過程自動化裝置根據性能檢測要求并結合生產廠家的實際需求設計，用于電梯光幕生產過程的終檢工序，適用于直線掃描和交叉掃描等不同類型的電梯光幕。通過對檢測過程的自動化設計，減少了工人的勞動強度與員工數量，有效降低了企業生產成本，符合實際生產要求，具有一定的前瞻性和先進性，對電梯的安全使用，提高電梯的質量，提高電梯光幕生產廠家的生產效率，具有重要意義。

[1] 劉洋.提高電梯安全性能方法探討[J].技術與市場,2012(6)：101-102.

[2] 胡緒東.光幕與電梯發展三十年[J].中國電梯, 2009(16)：102-102.

[3] 北京市特種設備檢測中心.電梯事故現場的分析報告[J].監督與選擇,2009,3：17.

[4] 張南松.電梯光幕性能測試系統研究與設計[D].廣州：華南理工大學,2011.

[5] TSG T7016-2004,電梯控制柜型式試驗細則[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局：2004.

[6] 何永勝,羅志群.電梯光幕的原理性能和檢測方法[J].中國科技縱橫,2013(20).

[7] 莫璧先.電梯安全性的檢測檢驗分析[J].電子制作,2013(9)：225.

[8] 孟凡壯,楊天宇.關于機床伺服電機的選型方法淺析[J].大觀周刊, 2012(12)：150-150.

[9] 范超毅,范巍.步進電機的選型與計算[J].機床與液壓,2008, 36(F05)：310-313.

[10] 何永勝,羅志群,崔健坤.電梯光幕測試裝置PLC系統設計[J].中國科技縱橫,2013.