一種電梯光幕保護系統(tǒng)的設計

鄭松鶴 吳 振 劉 鳴

(1.日立電梯（中國）有限公司，廣東 廣州 510430；2.廣州體育職業(yè)技術(shù)學院，廣東 廣州 510650)

一種電梯光幕保護系統(tǒng)的設計

鄭松鶴1吳 振1劉 鳴2

(1.日立電梯（中國）有限公司，廣東 廣州 510430；2.廣州體育職業(yè)技術(shù)學院，廣東 廣州 510650)

介紹了光幕的組成和工作原理，剖析其優(yōu)缺點。結(jié)合國標GB7588-2003對電梯門保護裝置的要求，我們的光幕保護硬件系統(tǒng)是在電梯控制系統(tǒng)層面上設計的，而軟件系統(tǒng)則最大限度地發(fā)揮光幕的優(yōu)點，減少其缺點對電梯運行的影響。

電梯；光幕；門保護裝置

1．引言

隨著電梯技術(shù)的不斷發(fā)展，光幕作為電梯出入口保護裝置正越來越廣泛被應用在電梯上。與傳統(tǒng)的安全觸板相比，光幕利用紅外技術(shù)，具有無需接觸即可檢測人和（或）物體的優(yōu)點；但是同時存在容易受到強光、灰塵干擾，使用壽命短，存在檢測盲區(qū)等缺點。本文從軟硬件上設計電梯光幕保護系統(tǒng)，在充分發(fā)揮光幕優(yōu)點的基礎上，規(guī)避其缺點對電梯正常運行的影響。

2．光幕保護裝置

2．1 光幕的組成及工作原理

光幕一般由發(fā)射裝置、接收裝置、控制裝置組成，如圖1所示。

圖1 光幕結(jié)構(gòu)圖

光幕發(fā)射裝置內(nèi)有若干個紅外發(fā)射管，接收裝置內(nèi)有若干個紅外接收管，分別安裝在電梯轎門兩端。在微處理器的控制下，發(fā)射管依次發(fā)射紅外線，接收管依次接收紅外線，形成一個密集的紅外線保護區(qū)域。當其中任何一束光線被阻擋而使接收管沒有接收到紅外線時，光幕控制裝置輸出遮擋信號給電梯控制系統(tǒng)，電梯控制系統(tǒng)控制轎門停止關閉并且重新反向開門，直至乘客或阻擋物離開保護區(qū)域，從而達到安全保護目的。

2．2 光幕的選用

在電梯上選用光幕，需要重點關注以下基本參數(shù)：發(fā)射管和接收管對數(shù)、光束數(shù)目、光點間距、最高光束、最低光束、最小探測距離、最大探測距離、響應時間。

紅外光定向性差，容易產(chǎn)生發(fā)散的特點，光幕裝置普遍利用該特點來實現(xiàn)交叉掃描。如圖2所示。紅外光由發(fā)射管發(fā)射，發(fā)散后形成多個光束被多個接收管接收到。如果光幕裝置采用1對5的掃描方式，則光束數(shù)目=(發(fā)射管和接收管對數(shù)×5)-6。

圖2 光幕的交叉掃描示意圖

雖然GB7588-2003沒有對動力驅(qū)動門保護裝置覆蓋的范圍做出明確要求，但是DIN EN81-20-DRAFT送審稿5.3.6.2.1.1條對此卻做出明確的要求：

The protective device(e.g.light curtain)shall cover the opening over the distance between at least 25 mm and 1600 mm above the car door sill[1]。

意思為：該保護裝置應能覆蓋至少從轎門地坎上方25mm到1600mm的開放區(qū)域（如：光幕）。故在選用光幕時，必須關注最低光束高度不能高于20mm（當預留5mm作為轎廂地坎和光幕發(fā)射接收裝置外沿的間隙時），最高光束高度不能低于1600mm。

國標GB7588-2003的8.7.2.1.1.3條規(guī)定：保護裝置的作用可在每個主動門扇最后50mm的行程中被消除[2]。DIN EN81-20-DRAFT送審稿5.3.6.2.1.1條的規(guī)定更嚴格，把50mm縮減到20mm。這就要求我們在選用光幕時，最小探測距離不能小于50mm，推薦選用最小探測距離不小于20mm的光幕。光幕最大探測距離則根據(jù)開門寬度來選擇，最大探測距離必須大于開門寬度。

3．光幕優(yōu)缺點

3．1 光幕的優(yōu)點光幕通過紅外線檢測的方式，無須接觸即可檢測到人和（或）物體，與傳統(tǒng)需要接觸才能檢測的機械觸板相比，能有效減少電梯門對人和（或）物體的撞擊。

3．2 光幕的缺點

光幕有容易受到強光、灰塵干擾，使用壽命短，存在檢測盲區(qū)，安裝要求高等缺點。

安裝在室外的電梯或者觀光電梯，容易受到太陽光直射而產(chǎn)生誤動作，導致光幕不能有效地檢測出遮擋物。

光幕在實際應用中，經(jīng)常出現(xiàn)光幕的光束被灰塵遮擋而誤動作，導致電梯無法關門運行。特別是在新建大樓裝修期間，這種情況發(fā)生的頻率非常高。

光幕的紅外發(fā)射管和接收管都是電子器件，而且需要不斷循環(huán)掃描以檢測遮擋物。與采用機械結(jié)構(gòu)的觸板相比，使用壽命短，故障發(fā)生頻率高。

光幕都存在垂直允差、水平允差和縱向角度允差，對安裝的要求高。電梯在使用的過程中，特別是新樓裝修期間，轎門容易受到撞擊而發(fā)生變形，使光幕允差過大而誤動作，影響電梯正常使用。

4．光幕保護系統(tǒng)設計

在設計光幕保護系統(tǒng)時，首先需要符合國標GB7588-2003的規(guī)定。在此基礎上，既要考慮光幕能準確、迅速地檢出人和（或）物體，避免電梯關門撞擊人和（或）物體，又要最大限度地降低光幕本身的缺點對電梯正常使用的影響，及時檢測出光幕的故障，同時延長光幕的使用壽命。

4．1 標準規(guī)定

國標GB7588-2003的8.7.2.1.1.3條對電梯出入口保護系統(tǒng)的規(guī)定：

“當乘客在轎門關閉過程中，通過入口時被門扇撞擊或?qū)⒈蛔矒簦粋€保護裝置應自動地使門重新開啟。此保護裝置的作用可在每個主動門扇最后50mm的行程中被消除。

對于這樣的一個系統(tǒng)，即在一個預定的時間后，它使保護裝置失去作用以抵制關門時的持續(xù)阻礙，則門扇在保護裝置失效下運動時，8.7.2.1.1.2規(guī)定的動能不應大于4J (焦耳)。”[2]

4．2 硬件設計

光幕保護系統(tǒng)硬件由光幕裝置、門控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)組成，如圖3所示。其中光幕裝置檢測電梯出入口是否有人和（或）物體，門控系統(tǒng)控制電梯門電機動作，主控系統(tǒng)根據(jù)各種邏輯判斷門控系統(tǒng)開關門動作。

光幕裝置的電源由門控系統(tǒng)來控制，其輸出的光幕遮擋信號通過輸出繼電器同時輸出給主控系統(tǒng)和門控系統(tǒng)。光幕裝置通過串行通信把狀態(tài)和故障信號傳給門控系統(tǒng)。當光幕裝置發(fā)生故障時，門控系統(tǒng)通過控制繼電器對光幕裝置重新上電復位。

光幕裝置遮擋信號輸出采用常閉觸點輸出，即當光幕被遮擋時，輸出繼電器觸點斷開，輸出低電平，以防止遮擋信號線斷開而使主控系統(tǒng)和門控系統(tǒng)收不到遮擋信號。

4．3 軟件設計

4．3．1 總體設計

光幕保護系統(tǒng)軟件是電梯嵌入式控制軟件的組成部分，基于瑞薩HEW(High-performance Embedded Workshop)4.0開發(fā)環(huán)境，采用C語言開發(fā)設計。光幕保護系統(tǒng)軟件由電梯正常運行保護模塊、檢修運行保護模塊、消防員運行保護模塊、光幕故障檢出與處理模塊組成，如圖4所示。

4．3．2 正常運行光幕保護模塊設計

電梯正常運行時，當光幕檢測到人和（或）物體時，向主控系統(tǒng)和門控系統(tǒng)同時輸出遮擋信號。門控系統(tǒng)收到光幕遮擋信號后，立即停止關門動作并重新反向開門，防止對人和（或）物體造成傷害。主控系統(tǒng)收到光幕遮擋信號后，向門控系統(tǒng)輸出開門信號，電梯保持開門狀態(tài)。當光幕長期被遮擋，遮擋持續(xù)時間超過預設值后，主控系統(tǒng)向門控系統(tǒng)輸出光幕遮擋無效和關門信號，門控系統(tǒng)控制門機徐徐關閉電梯門，關門的動能不大于4J（焦耳），同時關門按鈕燈閃亮并且轎頂蜂鳴器鳴響以提示乘客注意。

光幕長時間通電工作，會縮短光幕的壽命。所以在電梯閑駛待機關門狀態(tài)下，主控系統(tǒng)向門機系統(tǒng)發(fā)出指令，通過門機系統(tǒng)切斷光幕的電源。這樣，一方面可以延長光幕的壽命，一方面可以降低電梯的待機能耗。

4．3．3 檢修運行光幕保護模塊設計

電梯的檢修運行是供電梯專業(yè)人員調(diào)試、維保使用，包括光幕故障時使用。按照國標GB7588-2003的14.2.1.3條規(guī)定，一旦進入檢修運行，應取消任何自動門的操作[3]。也就是說，在檢修運行時，只有持續(xù)壓揪開門或者關門操作按鈕，才能實現(xiàn)開關門操作。由此可見，檢修運行時，應該屏蔽光幕作用，使光幕無效。

4．3．4 消防員運行光幕保護模塊設計

電梯的消防員運行是在發(fā)生火災時，供消防員使用電梯的特殊運行模式。在發(fā)生火災時，由于會產(chǎn)生大量的濃煙，濃煙可能會使光幕誤檢測，從而導致消防員操作時無法迅速關門。故消防員運行時，同樣應該屏蔽光幕作用，使光幕無效。

正常運行、檢修運行和消防員運行模式下，光幕保護系統(tǒng)的控制程序流程圖如圖5所示。

圖5 光幕保護系統(tǒng)控制流程圖

4．3．5 光幕故障檢出與處理模塊設計

由光幕的缺點可知，光幕比起機械觸板容易發(fā)生故障。光幕由發(fā)射裝置、接收裝置和控制裝置組成，光幕故障也主要集中在它們身上。發(fā)射裝置、接收裝置故障主要是發(fā)射管故障、接收管故障、安裝不良或灰塵導致長期被遮擋故障；控制裝置故障主要是電源故障、通信故障、輸出繼電器故障。

為了降低光幕故障對電梯正常運行的影響，在光幕保護系統(tǒng)設計時，有必要對光幕故障進行記錄及處理。當光幕發(fā)生故障時，主控系統(tǒng)記錄光幕故障信息，然后通過門控系統(tǒng)對光幕裝置重新上電復位。對于控制裝置的光幕故障，一般可以通過重新上電復位來解除。但是如果是發(fā)射管或者接收管發(fā)生故障，則很難通過重新上電復位來修復。在此情況下，如果大樓有多臺群組電梯提供服務，發(fā)生光幕故障電梯則停止提供正常運行服務，大樓由群組其它電梯維持服務。如果大樓只有一臺電梯提供服務，該光幕故障電梯退出自動關門模式，進入手動慢速關門模式。乘客通過持續(xù)按揪關門按鈕的方式來實現(xiàn)手動慢速關門，直到門完全關閉，同時響蜂鳴器提示乘客注意安全。

光幕故障檢出與處理程序流程圖如圖6所示。

圖6 光幕故障檢出與處理程序流程圖

5．結(jié)束語

本文所述光幕保護系統(tǒng)已取代傳統(tǒng)觸板作為門保護系統(tǒng)，在小機房住宅電梯得到廣泛的使用，減少門撞人事件的發(fā)生，深受客戶歡迎，獲得良好的市場反應。但是對于直徑小于50mm的細小物，依然存在檢測盲區(qū)，需要配合其它手段才能檢測。

電梯門保護系統(tǒng)有向聲音識別系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)方向發(fā)展的趨勢，特別是圖像識別系統(tǒng)，能夠有效地解決繩子之類細小物檢測問題。我們正密切關注著聲音識別、圖像識別技術(shù)在門保護方面的研究與應用，以進一步完善電梯門保護系統(tǒng)設計。

[1]GB7588-2003，電梯制造與安裝安全規(guī)范[S]．

[2]FprEN 81-20：2013，Safety rules for the construction and installation of lifts-Lifts for the transport of persons and goods-Part 20：Passenger and goods passenger lifts[S]．

[3]回曉明．例說電梯門入口處防撞人保護裝置檢測的局限性[J]．中國電梯，2013，(15)：60-61,63．

[4]毛宗源，彭汝華，尤裕祥等．微機控制電梯[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1996．

[5]葉安麗．電梯控制技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2007．

Design of the Elevator Light Curtain Protection System

Zheng Songhe1Wu Zhen1Liu Ming2
(1.Hitachi Elevator(China)Co.,Ltd.,Guangzhou 510430,Guangdong; 2.Guangzhou Vocational Institute of Sport,Guangzhou 510650,Guangdong)

tract】This paper introduces the light curtain composition and its working principle,analyzes its advantages and disadvantages.According to the national standard GB7588-2003 requirements for elevator door protection device,our light curtain protection hardware system is designed in the elevator control system level.Software system is designed to maximize the advantages of light curtain,to reduce the impact of the disadvantages of light curtain to elevator running.

words】 elevator;light curtain;door protection device

鄭松鶴，男，廣東東莞人，本科，工程師，研究方向：電梯嵌入式控制系統(tǒng)開發(fā)。