鄭松鶴 吳 振 劉 鳴

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

一種電梯光幕保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鄭松鶴1吳 振1劉 鳴2

(1.日立電梯（中國(guó)）有限公司，廣東 廣州 510430；2.廣州體育職業(yè)技術(shù)學(xué)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(diǎn)。結(jié)合國(guó)標(biāo)GB7588-2003對(duì)電梯門(mén)保護(hù)裝置的要求，我們的光幕保護(hù)硬件系統(tǒng)是在電梯控制系統(tǒng)層面上設(shè)計(jì)的，而軟件系統(tǒng)則最大限度地發(fā)揮光幕的優(yōu)點(diǎn)，減少其缺點(diǎn)對(duì)電梯運(yùn)行的影響。

電梯；光幕；門(mén)保護(hù)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(hù)裝置正越來(lái)越廣泛被應(yīng)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(wú)需接觸即可檢測(cè)人和（或）物體的優(yōu)點(diǎn)；但是同時(shí)存在容易受到強(qiáng)光、灰塵干擾，使用壽命短，存在檢測(cè)盲區(qū)等缺點(diǎn)。本文從軟硬件上設(shè)計(jì)電梯光幕保護(hù)系統(tǒng)，在充分發(fā)揮光幕優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，規(guī)避其缺點(diǎn)對(duì)電梯正常運(yùn)行的影響。

2．光幕保護(hù)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(gè)紅外發(fā)射管，接收裝置內(nèi)有若干個(gè)紅外接收管，分別安裝在電梯轎門(mén)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(gè)密集的紅外線保護(hù)區(qū)域。當(dāng)其中任何一束光線被阻擋而使接收管沒(méi)有接收到紅外線時(shí)，光幕控制裝置輸出遮擋信號(hào)給電梯控制系統(tǒng)，電梯控制系統(tǒng)控制轎門(mén)停止關(guān)閉并且重新反向開(kāi)門(mén)，直至乘客或阻擋物離開(kāi)保護(hù)區(qū)域，從而達(dá)到安全保護(hù)目的。

2．2 光幕的選用

在電梯上選用光幕，需要重點(diǎn)關(guān)注以下基本參數(shù)：發(fā)射管和接收管對(duì)數(shù)、光束數(shù)目、光點(diǎn)間距、最高光束、最低光束、最小探測(cè)距離、最大探測(cè)距離、響應(yīng)時(shí)間。

紅外光定向性差，容易產(chǎn)生發(fā)散的特點(diǎn)，光幕裝置普遍利用該特點(diǎn)來(lái)實(shí)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(gè)光束被多個(gè)接收管接收到。如果光幕裝置采用1對(duì)5的掃描方式，則光束數(shù)目=(發(fā)射管和接收管對(duì)數(shù)×5)-6。

圖2 光幕的交叉掃描示意圖

雖然GB7588-2003沒(méi)有對(duì)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)門(mén)保護(hù)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(duì)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(hù)裝置應(yīng)能覆蓋至少?gòu)霓I門(mén)地坎上方25mm到1600mm的開(kāi)放區(qū)域（如：光幕）。故在選用光幕時(shí)，必須關(guān)注最低光束高度不能高于20mm（當(dāng)預(yù)留5mm作為轎廂地坎和光幕發(fā)射接收裝置外沿的間隙時(shí)），最高光束高度不能低于1600mm。

國(guó)標(biāo)GB7588-2003的8.7.2.1.1.3條規(guī)定：保護(hù)裝置的作用可在每個(gè)主動(dòng)門(mén)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(yán)格，把50mm縮減到20mm。這就要求我們?cè)谶x用光幕時(shí)，最小探測(cè)距離不能小于50mm，推薦選用最小探測(cè)距離不小于20mm的光幕。光幕最大探測(cè)距離則根據(jù)開(kāi)門(mén)寬度來(lái)選擇，最大探測(cè)距離必須大于開(kāi)門(mén)寬度。

3．光幕優(yōu)缺點(diǎn)

3．1 光幕的優(yōu)點(diǎn)光幕通過(guò)紅外線檢測(cè)的方式，無(wú)須接觸即可檢測(cè)到人和（或）物體，與傳統(tǒng)需要接觸才能檢測(cè)的機(jī)械觸板相比，能有效減少電梯門(mén)對(duì)人和（或）物體的撞擊。

3．2 光幕的缺點(diǎn)

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

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

光幕在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常出現(xiàn)光幕的光束被灰塵遮擋而誤動(dòng)作，導(dǎo)致電梯無(wú)法關(guān)門(mén)運(yùn)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(cè)遮擋物。與采用機(jī)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(duì)安裝的要求高。電梯在使用的過(guò)程中，特別是新樓裝修期間，轎門(mén)容易受到撞擊而發(fā)生變形，使光幕允差過(guò)大而誤動(dòng)作，影響電梯正常使用。

4．光幕保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)光幕保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，首先需要符合國(guó)標(biāo)GB7588-2003的規(guī)定。在此基礎(chǔ)上，既要考慮光幕能準(zhǔn)確、迅速地檢出人和（或）物體，避免電梯關(guān)門(mén)撞擊人和（或）物體，又要最大限度地降低光幕本身的缺點(diǎn)對(duì)電梯正常使用的影響，及時(shí)檢測(cè)出光幕的故障，同時(shí)延長(zhǎng)光幕的使用壽命。

4．1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

國(guó)標(biāo)GB7588-2003的8.7.2.1.1.3條對(duì)電梯出入口保護(hù)系統(tǒng)的規(guī)定：

“當(dāng)乘客在轎門(mén)關(guān)閉過(guò)程中，通過(guò)入口時(shí)被門(mén)扇撞擊或?qū)⒈蛔矒?，一個(gè)保護(hù)裝置應(yīng)自動(dòng)地使門(mén)重新開(kāi)啟。此保護(hù)裝置的作用可在每個(gè)主動(dòng)門(mén)扇最后50mm的行程中被消除。

對(duì)于這樣的一個(gè)系統(tǒng)，即在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間后，它使保護(hù)裝置失去作用以抵制關(guān)門(mén)時(shí)的持續(xù)阻礙，則門(mén)扇在保護(hù)裝置失效下運(yùn)動(dòng)時(shí)，8.7.2.1.1.2規(guī)定的動(dòng)能不應(yīng)大于4J (焦耳)?！盵2]

4．2 硬件設(shè)計(jì)

光幕保護(hù)系統(tǒng)硬件由光幕裝置、門(mén)控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)組成，如圖3所示。其中光幕裝置檢測(cè)電梯出入口是否有人和（或）物體，門(mén)控系統(tǒng)控制電梯門(mén)電機(jī)動(dòng)作，主控系統(tǒng)根據(jù)各種邏輯判斷門(mén)控系統(tǒng)開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作。

光幕裝置的電源由門(mén)控系統(tǒng)來(lái)控制，其輸出的光幕遮擋信號(hào)通過(guò)輸出繼電器同時(shí)輸出給主控系統(tǒng)和門(mén)控系統(tǒng)。光幕裝置通過(guò)串行通信把狀態(tài)和故障信號(hào)傳給門(mén)控系統(tǒng)。當(dāng)光幕裝置發(fā)生故障時(shí)，門(mén)控系統(tǒng)通過(guò)控制繼電器對(duì)光幕裝置重新上電復(fù)位。

光幕裝置遮擋信號(hào)輸出采用常閉觸點(diǎn)輸出，即當(dāng)光幕被遮擋時(shí)，輸出繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，輸出低電平，以防止遮擋信號(hào)線斷開(kāi)而使主控系統(tǒng)和門(mén)控系統(tǒng)收不到遮擋信號(hào)。

4．3 軟件設(shè)計(jì)

4．3．1 總體設(shè)計(jì)

光幕保護(hù)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(kāi)發(fā)環(huán)境，采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。光幕保護(hù)系統(tǒng)軟件由電梯正常運(yùn)行保護(hù)模塊、檢修運(yùn)行保護(hù)模塊、消防員運(yùn)行保護(hù)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(yùn)行光幕保護(hù)模塊設(shè)計(jì)

電梯正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)光幕檢測(cè)到人和（或）物體時(shí)，向主控系統(tǒng)和門(mén)控系統(tǒng)同時(shí)輸出遮擋信號(hào)。門(mén)控系統(tǒng)收到光幕遮擋信號(hào)后，立即停止關(guān)門(mén)動(dòng)作并重新反向開(kāi)門(mén)，防止對(duì)人和（或）物體造成傷害。主控系統(tǒng)收到光幕遮擋信號(hào)后，向門(mén)控系統(tǒng)輸出開(kāi)門(mén)信號(hào)，電梯保持開(kāi)門(mén)狀態(tài)。當(dāng)光幕長(zhǎng)期被遮擋，遮擋持續(xù)時(shí)間超過(guò)預(yù)設(shè)值后，主控系統(tǒng)向門(mén)控系統(tǒng)輸出光幕遮擋無(wú)效和關(guān)門(mén)信號(hào)，門(mén)控系統(tǒng)控制門(mén)機(jī)徐徐關(guān)閉電梯門(mén)，關(guān)門(mén)的動(dòng)能不大于4J（焦耳），同時(shí)關(guān)門(mén)按鈕燈閃亮并且轎頂蜂鳴器鳴響以提示乘客注意。

光幕長(zhǎng)時(shí)間通電工作，會(huì)縮短光幕的壽命。所以在電梯閑駛待機(jī)關(guān)門(mén)狀態(tài)下，主控系統(tǒng)向門(mén)機(jī)系統(tǒng)發(fā)出指令，通過(guò)門(mén)機(jī)系統(tǒng)切斷光幕的電源。這樣，一方面可以延長(zhǎng)光幕的壽命，一方面可以降低電梯的待機(jī)能耗。

4．3．3 檢修運(yùn)行光幕保護(hù)模塊設(shè)計(jì)

電梯的檢修運(yùn)行是供電梯專業(yè)人員調(diào)試、維保使用，包括光幕故障時(shí)使用。按照國(guó)標(biāo)GB7588-2003的14.2.1.3條規(guī)定，一旦進(jìn)入檢修運(yùn)行，應(yīng)取消任何自動(dòng)門(mén)的操作[3]。也就是說(shuō)，在檢修運(yùn)行時(shí)，只有持續(xù)壓揪開(kāi)門(mén)或者關(guān)門(mén)操作按鈕，才能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)門(mén)操作。由此可見(jiàn)，檢修運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該屏蔽光幕作用，使光幕無(wú)效。

4．3．4 消防員運(yùn)行光幕保護(hù)模塊設(shè)計(jì)

電梯的消防員運(yùn)行是在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，供消防員使用電梯的特殊運(yùn)行模式。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于會(huì)產(chǎn)生大量的濃煙，濃煙可能會(huì)使光幕誤檢測(cè)，從而導(dǎo)致消防員操作時(shí)無(wú)法迅速關(guān)門(mén)。故消防員運(yùn)行時(shí)，同樣應(yīng)該屏蔽光幕作用，使光幕無(wú)效。

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

圖5 光幕保護(hù)系統(tǒng)控制流程圖

4．3．5 光幕故障檢出與處理模塊設(shè)計(jì)

由光幕的缺點(diǎn)可知，光幕比起機(jī)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(dǎo)致長(zhǎng)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(duì)電梯正常運(yùn)行的影響，在光幕保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，有必要對(duì)光幕故障進(jìn)行記錄及處理。當(dāng)光幕發(fā)生故障時(shí)，主控系統(tǒng)記錄光幕故障信息，然后通過(guò)門(mén)控系統(tǒng)對(duì)光幕裝置重新上電復(fù)位。對(duì)于控制裝置的光幕故障，一般可以通過(guò)重新上電復(fù)位來(lái)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(guò)重新上電復(fù)位來(lái)修復(fù)。在此情況下，如果大樓有多臺(tái)群組電梯提供服務(wù)，發(fā)生光幕故障電梯則停止提供正常運(yùn)行服務(wù)，大樓由群組其它電梯維持服務(wù)。如果大樓只有一臺(tái)電梯提供服務(wù)，該光幕故障電梯退出自動(dòng)關(guān)門(mén)模式，進(jìn)入手動(dòng)慢速關(guān)門(mén)模式。乘客通過(guò)持續(xù)按揪關(guān)門(mén)按鈕的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)慢速關(guān)門(mén)，直到門(mén)完全關(guān)閉，同時(shí)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(yǔ)

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

電梯門(mén)保護(hù)系統(tǒng)有向聲音識(shí)別系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)方向發(fā)展的趨勢(shì)，特別是圖像識(shí)別系統(tǒng)，能夠有效地解決繩子之類細(xì)小物檢測(cè)問(wèn)題。我們正密切關(guān)注著聲音識(shí)別、圖像識(shí)別技術(shù)在門(mén)保護(hù)方面的研究與應(yīng)用，以進(jìn)一步完善電梯門(mén)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

[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(shuō)電梯門(mén)入口處防撞人保護(hù)裝置檢測(cè)的局限性[J]．中國(guó)電梯，2013，(15)：60-61,63．

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

[5]葉安麗．電梯控制技術(shù)[M]．北京：機(jī)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(kāi)發(fā)。