謝民，陳佳麗，江華，鄭波，張征，陳志群

（撫州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)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(jiàn)，于是電梯成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ?。同時(shí)，電梯的使用安全也越來(lái)越為人們所重視，其中電梯轎廂的意外移動(dòng)使得電梯門框產(chǎn)生對(duì)乘客的擠壓和剪切是非常危險(xiǎn)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(jìn)入電梯時(shí)電梯突然向上移動(dòng)，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(yán)某在電梯浸水的情況下進(jìn)入電梯轎廂，結(jié)果電梯在開(kāi)門時(shí)突然啟動(dòng)，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(zhǎng)虹大廈電梯事故”，正是由于在電梯層、轎門開(kāi)著的情況下，轎廂發(fā)生意外移動(dòng)，造成一名女乘客被剪切死亡，引起了社會(huì)的高度關(guān)注。另一起事故是在2014 年9 月，華僑大學(xué)廈門校區(qū)一名男大學(xué)生在進(jìn)入電梯轎廂時(shí)，電梯轎廂意外移動(dòng)離開(kāi)層站，導(dǎo)致該學(xué)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(dòng)事故也屢見(jiàn)不鮮，必須引起業(yè)界的高度重視。

因此，需要一種切實(shí)有效的方法，來(lái)防止電梯剪切事故的發(fā)生。如何利用裝置來(lái)監(jiān)測(cè)轎廂的運(yùn)行狀況，并且檢測(cè)其是否發(fā)生剪切或擠壓，及時(shí)通過(guò)相關(guān)部件來(lái)制停轎廂，應(yīng)該作為電梯的一項(xiàng)重要保護(hù)措施。遺憾的是，目前業(yè)界對(duì)該保護(hù)措施的實(shí)現(xiàn)并不多見(jiàn)，大部分通過(guò)電梯轎廂意外移動(dòng)的保護(hù)來(lái)預(yù)判事故并制停電梯，仍然存在制動(dòng)器失效時(shí)無(wú)法制停的情況。

1.2 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求

GB7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》的第1號(hào)修改單（以下簡(jiǎn)稱修改單）中9.11.1 項(xiàng)要求，在層門未被鎖住且轎門未關(guān)閉時(shí)，對(duì)于電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)失效或者電梯驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的任何單一元件失效，所引起的轎廂意外移動(dòng)，電梯應(yīng)具有防止該移動(dòng)或使移動(dòng)停止的裝置。

修改單中9.11.1 項(xiàng)提及了不需要檢測(cè)轎廂意外移動(dòng)的電梯，這些電梯不能進(jìn)行符合14.2.1.2 項(xiàng)提及的開(kāi)門情況時(shí)的平層、再平層和預(yù)備操作，并且其制動(dòng)器應(yīng)符合9.11.3 和9.11.4 的要求。本項(xiàng)要求是針對(duì)那些不能在層門和轎門打開(kāi)時(shí)，進(jìn)行平層和再平層（開(kāi)鎖區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行、平層速度不超過(guò)0.8m/s、再平層速度不超過(guò)0.3m/s）的電梯，同時(shí)這些電梯的制動(dòng)器還必須能夠?qū)崿F(xiàn)自監(jiān)測(cè)。

1.3 國(guó)內(nèi)外同類研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外對(duì)電梯剪切發(fā)生事故的機(jī)理研究較多，對(duì)于剪切事故的預(yù)防則著重于通過(guò)電梯轎廂意外移動(dòng)的保護(hù)來(lái)預(yù)判事故并制停電梯，但該方法仍然存在制動(dòng)器失效時(shí)無(wú)法制停的情況。與本項(xiàng)目研究類似的方法及系統(tǒng)，目前國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有類似的文獻(xiàn)報(bào)道。

2 研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目研發(fā)了一種基于傳感器檢測(cè)的電梯轎門保護(hù)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(shí)用價(jià)值。項(xiàng)目研發(fā)的是利用裝置來(lái)監(jiān)測(cè)轎廂的運(yùn)行狀況并且檢測(cè)其是否發(fā)生剪切或擠壓，及時(shí)通過(guò)相關(guān)部件來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)警并制停轎廂。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)了基于嵌入式系統(tǒng)的防剪切電梯轎門系統(tǒng)，進(jìn)行電梯轎廂上下門框受力（0 ～300N、1%）、非接觸的轎門開(kāi)閉、限速器運(yùn)行的監(jiān)測(cè)（0 ～3m/s、1%），聯(lián)動(dòng)電梯夾繩器，采用應(yīng)力壓力感應(yīng)傳感器監(jiān)測(cè)轎門上下門框受力狀態(tài)，聯(lián)動(dòng)電梯運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)非接觸式的轎門開(kāi)閉狀態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)無(wú)線/有線傳輸技術(shù)聯(lián)合電梯運(yùn)行狀態(tài)和電梯夾繩器裝置實(shí)現(xiàn)電梯轎廂開(kāi)門意外移動(dòng)監(jiān)測(cè)，以及自動(dòng)夾繩制停保護(hù)功能的電梯轎門防剪切及預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

項(xiàng)目要解決的其中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是：如何確定壓力傳感器的動(dòng)作閾值及動(dòng)作范圍。對(duì)于人體不同部分、不同體型的乘客，會(huì)有不同壓力，首先，如何確定觸發(fā)動(dòng)作的閾值是其中的關(guān)鍵問(wèn)題。其次，是解決轎廂部位監(jiān)測(cè)電梯狀態(tài)觸發(fā)制停信號(hào)后，如何傳導(dǎo)至電梯機(jī)房制動(dòng)器或夾繩器動(dòng)作，擬通過(guò)長(zhǎng)距離無(wú)線通信傳輸方式實(shí)現(xiàn)，或通過(guò)高集成度的遠(yuǎn)程控制方式，在轎廂實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、判斷、遠(yuǎn)程觸發(fā)的綜合功能設(shè)計(jì)。還有就是電梯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判斷，通過(guò)接觸式光電旋轉(zhuǎn)編碼器監(jiān)測(cè)電梯速度、制停距離參數(shù)，采用非接觸檢測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)電梯門位置及轎廂位置信息，并且多重手段監(jiān)測(cè)以排除誤判也是一個(gè)重要問(wèn)題。

項(xiàng)目具體研究?jī)?nèi)容是對(duì)電梯門系統(tǒng)的剪切事故進(jìn)行研究，分析事故的發(fā)生機(jī)理和預(yù)防方案。同時(shí)，研發(fā)一種電梯轎門防剪切的方法，對(duì)電梯轎門開(kāi)閉狀態(tài)、轎廂平層狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)門框受力擠壓情況進(jìn)行檢測(cè)，獲知開(kāi)門意外移動(dòng)、壓力值并觸發(fā)電梯制停以預(yù)防事故的發(fā)生。

3 硬件搭建

在項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的裝置里，電梯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判斷及制停是通過(guò)接觸式光電旋轉(zhuǎn)編碼器監(jiān)測(cè)電梯速度、制停距離參數(shù)，采用非接觸檢測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)電梯門位置及轎廂位置信息，實(shí)現(xiàn)電梯在開(kāi)門狀態(tài)下發(fā)生轎廂意外移動(dòng)的判斷，一旦發(fā)生馬上切斷安全回路，觸發(fā)電梯制動(dòng)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(cè)電梯轎門受擠壓程度的方法來(lái)傳遞壓力閾值并制停電梯，來(lái)預(yù)防剪切事故。該系統(tǒng)包括控制裝置、電梯運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置、壓力采集裝置和電梯制停信號(hào)輸出裝置、轎門及轎廂位置監(jiān)測(cè)。其中，控制裝置設(shè)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(lái)實(shí)現(xiàn)。電梯運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置用于監(jiān)測(cè)電梯是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的觸發(fā)信號(hào)發(fā)送至控制器。

同時(shí)，利用在電梯轎門的上門框和下門框上安裝的應(yīng)變片式壓力傳感器，對(duì)乘客發(fā)生擠壓時(shí)的壓力進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)裝置和無(wú)線發(fā)射裝置，且光電檢測(cè)裝置通過(guò)無(wú)線發(fā)射裝置與無(wú)線通信電路相連，用于監(jiān)測(cè)電梯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

研發(fā)的裝置硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

4 軟件界面

在硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)，還設(shè)計(jì)了裝置運(yùn)作的軟件。該軟件能夠?qū)⒃摲椒ú襟E順利地在裝置里完成以下步驟：首先，通過(guò)接觸式光電旋轉(zhuǎn)編碼器監(jiān)測(cè)電梯速度、制停距離參數(shù)；其次，采用非接觸檢測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)電梯門位置及轎廂位置信息，實(shí)現(xiàn)電梯在開(kāi)門狀態(tài)下發(fā)生轎廂意外移動(dòng)的判斷，一旦發(fā)生馬上切斷安全回路，觸發(fā)電梯制動(dòng)器或夾繩器，制停電梯。

其中，通過(guò)監(jiān)測(cè)電梯門位置、轎廂層門信息，判斷開(kāi)門狀態(tài)下轎廂意外移動(dòng)發(fā)生并預(yù)警，實(shí)時(shí)同步切斷安全回路、觸發(fā)電梯制動(dòng)器和夾繩器動(dòng)作。同時(shí)，利用運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置發(fā)現(xiàn)電梯運(yùn)動(dòng)，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(dá)到擠壓閾值時(shí)發(fā)出制停指令，切斷電梯的安全回路并使電梯制動(dòng)器或夾繩器制停，制停電梯。

另外，剪切監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)電梯運(yùn)行速度進(jìn)行檢測(cè)并采集壓力值，如有電梯運(yùn)動(dòng)情況下壓力值大于閥值并預(yù)警，實(shí)時(shí)同步切斷安全回路、觸發(fā)電梯制動(dòng)器和夾繩器動(dòng)作。

檢測(cè)方法流程圖如圖2所示。

圖2 檢測(cè)方法的流程圖

軟件還設(shè)計(jì)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)

項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的裝置已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)順利地進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并取得了較好效果。

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

同時(shí)，安裝于電梯轎門處的電梯轎門監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到轎門尚未關(guān)閉，確認(rèn)此時(shí)為危險(xiǎn)狀態(tài)；應(yīng)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(jìn)行判斷是否出現(xiàn)擠壓情況：當(dāng)該壓力值達(dá)到控制器中的預(yù)設(shè)擠壓閾值時(shí)，控制器發(fā)出制停指令；更具體的，當(dāng)電梯上行時(shí)發(fā)生了擠壓乘客情況，轎門下門框的應(yīng)變片因?yàn)閿D壓而達(dá)到預(yù)設(shè)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(guò)信號(hào)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(dòng)器，將電梯的安全回路斷開(kāi)，同時(shí)，讓鋼絲繩制動(dòng)器動(dòng)作，制停電梯。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的這種基于壓力傳感、電梯門及轎廂位置監(jiān)測(cè)技術(shù)的電梯轎門剪切預(yù)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(shí)用價(jià)值。