基于傳感器檢測的電梯轎門保護綜合系統(tǒng)探究

謝民，陳佳麗，江華，鄭波，張征，陳志群

（撫州市特種設備監(jiān)督檢驗中心，江西 撫州 344000）

1 研究背景

1.1 研究的目的、意義

隨著城市的飛速發(fā)展，摩天大樓也隨處可見，于是電梯成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ摺Ｍ瑫r，電梯的使用安全也越來越為人們所重視，其中電梯轎廂的意外移動使得電梯門框產(chǎn)生對乘客的擠壓和剪切是非常危險的一種事故，一旦發(fā)生則后果異常慘重，往往造成乘客的傷亡。部分事故案例如：2006 年某日，一位女士在進入電梯時電梯突然向上移動，將她的腿夾在轎廂地坎和廳門門楣之間，造成腿骨骨折受傷。2007 年5 月19 日，嚴某在電梯浸水的情況下進入電梯轎廂，結果電梯在開門時突然啟動，被夾在轎廂與井道壁之間剪切而死亡。2013 年深圳發(fā)生的“5·15 長虹大廈電梯事故”，正是由于在電梯層、轎門開著的情況下，轎廂發(fā)生意外移動，造成一名女乘客被剪切死亡，引起了社會的高度關注。另一起事故是在2014 年9 月，華僑大學廈門校區(qū)一名男大學生在進入電梯轎廂時，電梯轎廂意外移動離開層站，導致該學生被卡在轎廂地面與層門門頭之間被擠壓身亡。其他的意外移動事故也屢見不鮮，必須引起業(yè)界的高度重視。

因此，需要一種切實有效的方法，來防止電梯剪切事故的發(fā)生。如何利用裝置來監(jiān)測轎廂的運行狀況，并且檢測其是否發(fā)生剪切或擠壓，及時通過相關部件來制停轎廂，應該作為電梯的一項重要保護措施。遺憾的是，目前業(yè)界對該保護措施的實現(xiàn)并不多見，大部分通過電梯轎廂意外移動的保護來預判事故并制停電梯，仍然存在制動器失效時無法制停的情況。

1.2 相關標準要求

GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》的第1號修改單（以下簡稱修改單）中9.11.1 項要求，在層門未被鎖住且轎門未關閉時，對于電梯驅動主機失效或者電梯驅動控制系統(tǒng)的任何單一元件失效，所引起的轎廂意外移動，電梯應具有防止該移動或使移動停止的裝置。

修改單中9.11.1 項提及了不需要檢測轎廂意外移動的電梯，這些電梯不能進行符合14.2.1.2 項提及的開門情況時的平層、再平層和預備操作，并且其制動器應符合9.11.3 和9.11.4 的要求。本項要求是針對那些不能在層門和轎門打開時，進行平層和再平層（開鎖區(qū)域內(nèi)的運行、平層速度不超過0.8m/s、再平層速度不超過0.3m/s）的電梯，同時這些電梯的制動器還必須能夠實現(xiàn)自監(jiān)測。

1.3 國內(nèi)外同類研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外對電梯剪切發(fā)生事故的機理研究較多，對于剪切事故的預防則著重于通過電梯轎廂意外移動的保護來預判事故并制停電梯，但該方法仍然存在制動器失效時無法制停的情況。與本項目研究類似的方法及系統(tǒng)，目前國內(nèi)外尚沒有類似的文獻報道。

2 研究內(nèi)容

本項目研發(fā)了一種基于傳感器檢測的電梯轎門保護綜合系統(tǒng)，具有通用、合理及安全性，在電梯的出廠、新裝及定期加裝均可使用，具有較大的實用價值。項目研發(fā)的是利用裝置來監(jiān)測轎廂的運行狀況并且檢測其是否發(fā)生剪切或擠壓，及時通過相關部件來進行監(jiān)測、預警并制停轎廂。

項目設計了基于嵌入式系統(tǒng)的防剪切電梯轎門系統(tǒng)，進行電梯轎廂上下門框受力（0 ～300N、1%）、非接觸的轎門開閉、限速器運行的監(jiān)測（0 ～3m/s、1%），聯(lián)動電梯夾繩器，采用應力壓力感應傳感器監(jiān)測轎門上下門框受力狀態(tài)，聯(lián)動電梯運行狀態(tài)監(jiān)測，設計非接觸式的轎門開閉狀態(tài)監(jiān)測，通過無線/有線傳輸技術聯(lián)合電梯運行狀態(tài)和電梯夾繩器裝置實現(xiàn)電梯轎廂開門意外移動監(jiān)測，以及自動夾繩制停保護功能的電梯轎門防剪切及預警監(jiān)測系統(tǒng)。

項目要解決的其中一個關鍵問題是：如何確定壓力傳感器的動作閾值及動作范圍。對于人體不同部分、不同體型的乘客，會有不同壓力，首先，如何確定觸發(fā)動作的閾值是其中的關鍵問題。其次，是解決轎廂部位監(jiān)測電梯狀態(tài)觸發(fā)制停信號后，如何傳導至電梯機房制動器或夾繩器動作，擬通過長距離無線通信傳輸方式實現(xiàn)，或通過高集成度的遠程控制方式，在轎廂實現(xiàn)監(jiān)測、判斷、遠程觸發(fā)的綜合功能設計。還有就是電梯運動狀態(tài)的判斷，通過接觸式光電旋轉編碼器監(jiān)測電梯速度、制停距離參數(shù)，采用非接觸檢測技術監(jiān)測電梯門位置及轎廂位置信息，并且多重手段監(jiān)測以排除誤判也是一個重要問題。

項目具體研究內(nèi)容是對電梯門系統(tǒng)的剪切事故進行研究，分析事故的發(fā)生機理和預防方案。同時，研發(fā)一種電梯轎門防剪切的方法，對電梯轎門開閉狀態(tài)、轎廂平層狀態(tài)進行實時監(jiān)測，通過門框受力擠壓情況進行檢測，獲知開門意外移動、壓力值并觸發(fā)電梯制停以預防事故的發(fā)生。

3 硬件搭建

在項目所設計的裝置里，電梯運動狀態(tài)的判斷及制停是通過接觸式光電旋轉編碼器監(jiān)測電梯速度、制停距離參數(shù)，采用非接觸檢測技術監(jiān)測電梯門位置及轎廂位置信息，實現(xiàn)電梯在開門狀態(tài)下發(fā)生轎廂意外移動的判斷，一旦發(fā)生馬上切斷安全回路，觸發(fā)電梯制動器或夾繩器，制停電梯。

防剪切的電梯轎門系統(tǒng)則利用檢測電梯轎門受擠壓程度的方法來傳遞壓力閾值并制停電梯，來預防剪切事故。該系統(tǒng)包括控制裝置、電梯運動監(jiān)測裝置、壓力采集裝置和電梯制停信號輸出裝置、轎門及轎廂位置監(jiān)測。其中，控制裝置設置于電梯的轎廂頂部，利用微處理器系統(tǒng)或PLC 控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。電梯運動監(jiān)測裝置用于監(jiān)測電梯是否處于運動狀態(tài)，并將該運動狀態(tài)的觸發(fā)信號發(fā)送至控制器。

同時，利用在電梯轎門的上門框和下門框上安裝的應變片式壓力傳感器，對乘客發(fā)生擠壓時的壓力進行檢測，并切斷電梯安全回路。利用安裝在電梯限速器旁的光電檢測裝置和無線發(fā)射裝置，且光電檢測裝置通過無線發(fā)射裝置與無線通信電路相連，用于監(jiān)測電梯的運動狀態(tài)。

研發(fā)的裝置硬件結構圖如圖1 所示。

圖1 硬件結構圖

4 軟件界面

在硬件設計的同時，還設計了裝置運作的軟件。該軟件能夠將該方法步驟順利地在裝置里完成以下步驟：首先，通過接觸式光電旋轉編碼器監(jiān)測電梯速度、制停距離參數(shù)；其次，采用非接觸檢測技術監(jiān)測電梯門位置及轎廂位置信息，實現(xiàn)電梯在開門狀態(tài)下發(fā)生轎廂意外移動的判斷，一旦發(fā)生馬上切斷安全回路，觸發(fā)電梯制動器或夾繩器，制停電梯。

其中，通過監(jiān)測電梯門位置、轎廂層門信息，判斷開門狀態(tài)下轎廂意外移動發(fā)生并預警，實時同步切斷安全回路、觸發(fā)電梯制動器和夾繩器動作。同時，利用運動監(jiān)測裝置發(fā)現(xiàn)電梯運動，壓力采集裝置采集電梯轎門壓力值并將其發(fā)送至控制系統(tǒng)判斷是否出現(xiàn)擠壓情況，達到擠壓閾值時發(fā)出制停指令，切斷電梯的安全回路并使電梯制動器或夾繩器制停，制停電梯。

另外，剪切監(jiān)測系統(tǒng)對電梯運行速度進行檢測并采集壓力值，如有電梯運動情況下壓力值大于閥值并預警，實時同步切斷安全回路、觸發(fā)電梯制動器和夾繩器動作。

檢測方法流程圖如圖2所示。

圖2 檢測方法的流程圖

軟件還設計了操作和記錄界面，如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)操作界面

5 現(xiàn)場實驗

項目所設計的裝置已經(jīng)在現(xiàn)場順利地進行了實驗，并取得了較好效果。

首先，電梯在開門狀態(tài)下，乘客進出轎門時或者站在轎門附近時，轎廂意外移動，造成乘客處于被轎門和廳門的門框夾住、擠壓的危險狀態(tài)；此時，安裝于電梯反繩輪旁的光電檢測裝置檢測到反繩輪的轉動，確認電梯為移動狀態(tài)，立即發(fā)送信號給控制器，使得控制器觸發(fā)有效狀態(tài)。

同時，安裝于電梯轎門處的電梯轎門監(jiān)測裝置檢測到轎門尚未關閉，確認此時為危險狀態(tài)；應變片式壓力傳感器采集電梯轎門的上、下門框壓力值并將其發(fā)送至控制器進行判斷是否出現(xiàn)擠壓情況：當該壓力值達到控制器中的預設擠壓閾值時，控制器發(fā)出制停指令；更具體的，當電梯上行時發(fā)生了擠壓乘客情況，轎門下門框的應變片因為擠壓而達到預設擠壓閾值，控制器發(fā)出制停指令。

最后，接收裝置接收所述制停指令，并通過信號輸出裝置將該制停指令發(fā)送至電梯的安全回路和鋼絲繩制動器，將電梯的安全回路斷開，同時，讓鋼絲繩制動器動作，制停電梯。

6 結語

本項目開發(fā)的這種基于壓力傳感、電梯門及轎廂位置監(jiān)測技術的電梯轎門剪切預防方法以及防剪切的系統(tǒng)，具有通用、合理及安全性，在電梯的出廠、新裝及定期加裝均可使用，具有較大的實用價值。