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(jié)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(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)生在進入電梯轎廂時，電梯轎廂意外移動離開層站，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(guān)部件來制停轎廂，應(yīng)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(yù)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(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(guān)閉時，對于電梯驅(qū)動主機失效或者電梯驅(qū)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(yīng)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(yù)備操作，并且其制動器應(yīng)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?qū)崿F(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(yù)防則著重于通過電梯轎廂意外移動的保護來預(yù)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(guān)部件來進行監(jiān)測、預(yù)警并制停轎廂。

項目設(shè)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(yīng)力壓力感應(yīng)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(shè)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(shù)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(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)。

項目要解決的其中一個關(guān)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(guān)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(dǎo)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(shè)計。還有就是電梯運動狀態(tài)的判斷，通過接觸式光電旋轉(zhuǎn)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(shù)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(yù)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(yù)防事故的發(fā)生。

3 硬件搭建

在項目所設(shè)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(zhuǎn)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(shù)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(yù)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(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(yīng)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(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)計的同時，還設(shè)計了裝置運作的軟件。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，通過接觸式光電旋轉(zhuǎn)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(shù)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(yù)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(yù)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(shè)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(shè)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(zhuǎn)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(guān)閉，確認此時為危險狀態(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)送至控制器進行判斷是否出現(xiàn)擠壓情況：當(dāng)該壓力值達到控制器中的預(yù)設(shè)擠壓閾值時，控制器發(fā)出制停指令；更具體的，當(dāng)電梯上行時發(fā)生了擠壓乘客情況，轎門下門框的應(yīng)變片因為擠壓而達到預(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(jié)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(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，具有較大的實用價值。