手扶式電梯
——防卷入設計

李濤，戚福東，張翠翠

（滁州學院機械與電氣工程學院，安徽滁州，239000）

1 研究目的

根據電梯的發展趨勢，在分析現有電梯設計的基礎上，分析了在不同情況下人們行為對其的影響。在一般情況下，自動扶梯會進入自動運行的狀態，在一些特殊情況下會啟動自動保護措施及時制動。通過對多傳感器信號的分析和處理，表示出其工作狀態。電梯踏步與停機坪、扶手、上下門板之間的間隙乘存在對乘客的安全隱患。為了降低現有手扶電梯的安全隱患，給用戶提供安全保證，設計了一種新型步行電梯。傳統的步行電梯不能根據緊急情況采取相應的措施。本文設計了多種保護步進手扶電梯，通過分析處理，可以實時監測并給出相應的運行狀態并及時做出相應的反應。

2 電梯防卷入總體設計

如圖1 通過外部信號、外部電源對處理器發出信號運行，在同時各部分模塊反饋信號給中央處理系統對已經運行的系統進行更改，以完成對手扶電梯的控制。

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處理單元構成。它可以感知壓力信號，并且根據一定的規則將壓力信號轉換成可用的輸出電信號。通過外部電源進行供電，電橋連接到惠斯登橋，電橋將電阻的變化轉換成為了電壓信號輸出。利用電橋檢測電阻值的變化，之后對電阻值進行放大，送到單片機進行處理。對數據經過一定比例的校準，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

步進電機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的開關量輸出控制變頻器的啟動/停止，通過模擬量輸出（4-20mA）控制變頻器的頻率，通過開關量輸入模塊采集變頻器的狀態信號（運行、故障等）。當接收到控制命令時，PLC 控制系統做出存儲命令，然后通過發送計算命令。如正常系統程序繼續運行，若受到影響，PLC 控制系統在接收到實際影響后確定電梯行徑，并將指令發送給轉機。接到PLC 控制系統的指令后，調整升降速度。通過設置轉機參數和調速，能有效的快速對電梯進行降速，以減少對乘客的直接傷害。

圖3 西門子S7-200PLC 和西門子MM420 模塊系統

■3.3 電流傳感器模塊

電流傳感器用來檢測信息的裝置。它可以用來接收被測電流產生的信息，根據所編譯的的信息將實際信息信號轉換成電信號來做出輸出，對此來提供對信息的收集、儲存、顯示、處理和記錄等需求。

■3.4 電梯護欄與階梯踏板之間高敏電流傳感器

電梯側護板的電壓差是由于在正常運行時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到。實用型提供了高靈敏度傳感器信號用來檢測電路，在提高檢測靈敏度、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單元

拆去前后邊蓋板后，會顯示下面的卡槽。壓力傳感器均勻地分布在狹槽周圍。當蓋板打開時，幾個壓力傳感器接收蓋板的壓力值不在安全范圍內，處理器收集到相應信息反饋到中央，然后產生報警自動關閉電源。

■3.6 扶手傳動接收口異物檢測裝置

一些小孩子會把手放在扶手或者其他以外地方，當他們到達扶手的末端時，他們會和扶手驅動帶一起被帶到扶手檢測地帶。由于橡膠物料的扶手和輸送帶回轉速度快，小孩子手不會很快的反應過來。如圖5 所示，我們在扶手檢測地帶及傳送帶回傳地區的地板上放了個激光感應裝置。當底部有異物時，激光感應裝置信號發生變化，并發出報警，降低電梯速度。

圖4 壓力檢測模型

圖5 扶手傳動接收口異物檢測裝置

圖6 仿真原理圖

■3.7 電梯護欄與階梯踏板之間高敏電流傳感器

在電梯護欄和電梯踏板側面加上一個電壓差，由于二者在正常運轉過程中無接觸，若有異物卷入，則二者聯通，有電流經過。可用高敏電流檢測出此變化。本實用新型提出一種高敏度傳感器的信號檢測電路，目的在于提高探測靈敏度、輸入阻抗與降低溫漂。

4 結論

相比較原有的手扶式電梯，本文以安全為首要前提出發，設計防護型手扶電梯。本文將理論研究（模型分析）、仿真和物理實驗驗證相結合，采用循序漸進、逐步深入的研究方法。

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

(2)采用仿真與物理實驗驗證相結合的研究方法。為了去提高以及驗證傳感器配置的主要性能，需要設計合理的仿真驗證方案，對傳感器配置進行仿真，并根據仿真結果不斷改進傳感器配置方法，最后，通過樣機在實際環境中進行性能測試，可以表明該方案的可行性以及正確性。

(3)針對乘坐電梯時的某些特殊情況，傳統手扶式電梯還存在著隱藏的安全隱患，設計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，對壓力，電流的細微差別進行放大，在遇到事故的時候能快速作出反應。

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