手扶式電梯
——防卷入設(shè)計(jì)

李濤，戚福東，張翠翠

（滁州學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院，安徽滁州，239000）

1 研究目的

根據(jù)電梯的發(fā)展趨勢(shì)，在分析現(xiàn)有電梯設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，分析了在不同情況下人們行為對(duì)其的影響。在一般情況下，自動(dòng)扶梯會(huì)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行的狀態(tài)，在一些特殊情況下會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)保護(hù)措施及時(shí)制動(dòng)。通過對(duì)多傳感器信號(hào)的分析和處理，表示出其工作狀態(tài)。電梯踏步與停機(jī)坪、扶手、上下門板之間的間隙乘存在對(duì)乘客的安全隱患。為了降低現(xiàn)有手扶電梯的安全隱患，給用戶提供安全保證，設(shè)計(jì)了一種新型步行電梯。傳統(tǒng)的步行電梯不能根據(jù)緊急情況采取相應(yīng)的措施。本文設(shè)計(jì)了多種保護(hù)步進(jìn)手扶電梯，通過分析處理，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并給出相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)并及時(shí)做出相應(yīng)的反應(yīng)。

2 電梯防卷入總體設(shè)計(jì)

如圖1 通過外部信號(hào)、外部電源對(duì)處理器發(fā)出信號(hào)運(yùn)行，在同時(shí)各部分模塊反饋信號(hào)給中央處理系統(tǒng)對(duì)已經(jīng)運(yùn)行的系統(tǒng)進(jìn)行更改，以完成對(duì)手扶電梯的控制。

3 各部分模塊組成

■3.1 壓阻式壓力傳感器模塊

壓力傳感器一般是由壓力敏感元件以及信號(hào)處理單元構(gòu)成。它可以感知壓力信號(hào)，并且根據(jù)一定的規(guī)則將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用的輸出電信號(hào)。通過外部電源進(jìn)行供電，電橋連接到惠斯登橋，電橋?qū)㈦娮璧淖兓D(zhuǎn)換成為了電壓信號(hào)輸出。利用電橋檢測(cè)電阻值的變化，之后對(duì)電阻值進(jìn)行放大，送到單片機(jī)進(jìn)行處理。對(duì)數(shù)據(jù)經(jīng)過一定比例的校準(zhǔn)，輸出最終壓力值。

圖2 壓阻式壓力傳感器原理

■3.2 西門子S7-200PLC 和西門子MM420 模塊

步進(jìn)電機(jī)采用的是高速脈沖的輸出指令控制。采用I/O硬接線方式，通過S7-200的開關(guān)量輸出控制變頻器的啟動(dòng)/停止，通過模擬量輸出（4-20mA）控制變頻器的頻率，通過開關(guān)量輸入模塊采集變頻器的狀態(tài)信號(hào)（運(yùn)行、故障等）。當(dāng)接收到控制命令時(shí)，PLC 控制系統(tǒng)做出存儲(chǔ)命令，然后通過發(fā)送計(jì)算命令。如正常系統(tǒng)程序繼續(xù)運(yùn)行，若受到影響，PLC 控制系統(tǒng)在接收到實(shí)際影響后確定電梯行徑，并將指令發(fā)送給轉(zhuǎn)機(jī)。接到PLC 控制系統(tǒng)的指令后，調(diào)整升降速度。通過設(shè)置轉(zhuǎn)機(jī)參數(shù)和調(diào)速，能有效的快速對(duì)電梯進(jìn)行降速，以減少對(duì)乘客的直接傷害。

圖3 西門子S7-200PLC 和西門子MM420 模塊系統(tǒng)

■3.3 電流傳感器模塊

電流傳感器用來(lái)檢測(cè)信息的裝置。它可以用來(lái)接收被測(cè)電流產(chǎn)生的信息，根據(jù)所編譯的的信息將實(shí)際信息信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)做出輸出，對(duì)此來(lái)提供對(duì)信息的收集、儲(chǔ)存、顯示、處理和記錄等需求。

■3.4 電梯護(hù)欄與階梯踏板之間高敏電流傳感器

電梯側(cè)護(hù)板的電壓差是由于在正常運(yùn)行時(shí)兩者之間沒有接觸而引起的。這種變化可以被高度敏感的電流探測(cè)到。實(shí)用型提供了高靈敏度傳感器信號(hào)用來(lái)檢測(cè)電路，在提高檢測(cè)靈敏度、輸入阻抗、減小溫漂。電路由電橋電路和放大電路組成。

■3.5 前后沿踏板壓力檢測(cè)單元

拆去前后邊蓋板后，會(huì)顯示下面的卡槽。壓力傳感器均勻地分布在狹槽周圍。當(dāng)蓋板打開時(shí)，幾個(gè)壓力傳感器接收蓋板的壓力值不在安全范圍內(nèi)，處理器收集到相應(yīng)信息反饋到中央，然后產(chǎn)生報(bào)警自動(dòng)關(guān)閉電源。

■3.6 扶手傳動(dòng)接收口異物檢測(cè)裝置

一些小孩子會(huì)把手放在扶手或者其他以外地方，當(dāng)他們到達(dá)扶手的末端時(shí)，他們會(huì)和扶手驅(qū)動(dòng)帶一起被帶到扶手檢測(cè)地帶。由于橡膠物料的扶手和輸送帶回轉(zhuǎn)速度快，小孩子手不會(huì)很快的反應(yīng)過來(lái)。如圖5 所示，我們?cè)诜鍪謾z測(cè)地帶及傳送帶回傳地區(qū)的地板上放了個(gè)激光感應(yīng)裝置。當(dāng)?shù)撞坑挟愇飼r(shí)，激光感應(yīng)裝置信號(hào)發(fā)生變化，并發(fā)出報(bào)警，降低電梯速度。

圖4 壓力檢測(cè)模型

圖5 扶手傳動(dòng)接收口異物檢測(cè)裝置

圖6 仿真原理圖

■3.7 電梯護(hù)欄與階梯踏板之間高敏電流傳感器

在電梯護(hù)欄和電梯踏板側(cè)面加上一個(gè)電壓差，由于二者在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中無(wú)接觸，若有異物卷入，則二者聯(lián)通，有電流經(jīng)過。可用高敏電流檢測(cè)出此變化。本實(shí)用新型提出一種高敏度傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路，目的在于提高探測(cè)靈敏度、輸入阻抗與降低溫漂。

4 結(jié)論

相比較原有的手扶式電梯，本文以安全為首要前提出發(fā)，設(shè)計(jì)防護(hù)型手扶電梯。本文將理論研究（模型分析）、仿真和物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合，采用循序漸進(jìn)、逐步深入的研究方法。

(1)采用比較創(chuàng)新的研究方法。分析且比較了傳統(tǒng)步行手扶電梯的工作原理以及性能，以及近年來(lái)發(fā)生的電梯事故。針對(duì)步行電梯安全隱患帶來(lái)的新問題，本文從建立和解決這些新問題和新挑戰(zhàn)入手，探索了利用傳感器檢測(cè)和放大信號(hào)的新方法，并制定了相應(yīng)的措施。

(2)采用仿真與物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法。為了去提高以及驗(yàn)證傳感器配置的主要性能，需要設(shè)計(jì)合理的仿真驗(yàn)證方案，對(duì)傳感器配置進(jìn)行仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果不斷改進(jìn)傳感器配置方法，最后，通過樣機(jī)在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行性能測(cè)試，可以表明該方案的可行性以及正確性。

(3)針對(duì)乘坐電梯時(shí)的某些特殊情況，傳統(tǒng)手扶式電梯還存在著隱藏的安全隱患，設(shè)計(jì)一種提高安全性能的電梯。

(4)該手扶式電梯能夠通過所利用的壓力傳感器，對(duì)壓力，電流的細(xì)微差別進(jìn)行放大，在遇到事故的時(shí)候能快速作出反應(yīng)。

(5)采用西門子變頻器和PCL 操作系統(tǒng)，在遇到事故手扶電梯制停的時(shí)候極大的減少了對(duì)乘客的直接傷害。