基于传感器检测的电梯轿门保护综合系统探究

谢民，陈佳丽，江华，郑波，张征，陈志群

（抚州市特种设备监督检验中心，江西 抚州 344000）

1 研究背景

1.1 研究的目的、意义

随着城市的飞速发展，摩天大楼也随处可见，于是电梯成为人们日常出行的重要交通工具。同时，电梯的使用安全也越来越为人们所重视，其中电梯轿厢的意外移动使得电梯门框产生对乘客的挤压和剪切是非常危险的一种事故，一旦发生则后果异常惨重，往往造成乘客的伤亡。部分事故案例如：2006 年某日，一位女士在进入电梯时电梯突然向上移动，将她的腿夹在轿厢地坎和厅门门楣之间，造成腿骨骨折受伤。2007 年5 月19 日，严某在电梯浸水的情况下进入电梯轿厢，结果电梯在开门时突然启动，被夹在轿厢与井道壁之间剪切而死亡。2013 年深圳发生的“5·15 长虹大厦电梯事故”，正是由于在电梯层、轿门开着的情况下，轿厢发生意外移动，造成一名女乘客被剪切死亡，引起了社会的高度关注。另一起事故是在2014 年9 月，华侨大学厦门校区一名男大学生在进入电梯轿厢时，电梯轿厢意外移动离开层站，导致该学生被卡在轿厢地面与层门门头之间被挤压身亡。其他的意外移动事故也屡见不鲜，必须引起业界的高度重视。

因此，需要一种切实有效的方法，来防止电梯剪切事故的发生。如何利用装置来监测轿厢的运行状况，并且检测其是否发生剪切或挤压，及时通过相关部件来制停轿厢，应该作为电梯的一项重要保护措施。遗憾的是，目前业界对该保护措施的实现并不多见，大部分通过电梯轿厢意外移动的保护来预判事故并制停电梯，仍然存在制动器失效时无法制停的情况。

1.2 相关标准要求

GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》的第1号修改单（以下简称修改单）中9.11.1 项要求，在层门未被锁住且轿门未关闭时，对于电梯驱动主机失效或者电梯驱动控制系统的任何单一元件失效，所引起的轿厢意外移动，电梯应具有防止该移动或使移动停止的装置。

修改单中9.11.1 项提及了不需要检测轿厢意外移动的电梯，这些电梯不能进行符合14.2.1.2 项提及的开门情况时的平层、再平层和预备操作，并且其制动器应符合9.11.3 和9.11.4 的要求。本项要求是针对那些不能在层门和轿门打开时，进行平层和再平层（开锁区域内的运行、平层速度不超过0.8m/s、再平层速度不超过0.3m/s）的电梯，同时这些电梯的制动器还必须能够实现自监测。

1.3 国内外同类研究现状

国内外对电梯剪切发生事故的机理研究较多，对于剪切事故的预防则着重于通过电梯轿厢意外移动的保护来预判事故并制停电梯，但该方法仍然存在制动器失效时无法制停的情况。与本项目研究类似的方法及系统，目前国内外尚没有类似的文献报道。

2 研究内容

本项目研发了一种基于传感器检测的电梯轿门保护综合系统，具有通用、合理及安全性，在电梯的出厂、新装及定期加装均可使用，具有较大的实用价值。项目研发的是利用装置来监测轿厢的运行状况并且检测其是否发生剪切或挤压，及时通过相关部件来进行监测、预警并制停轿厢。

项目设计了基于嵌入式系统的防剪切电梯轿门系统，进行电梯轿厢上下门框受力（0 ～300N、1%）、非接触的轿门开闭、限速器运行的监测（0 ～3m/s、1%），联动电梯夹绳器，采用应力压力感应传感器监测轿门上下门框受力状态，联动电梯运行状态监测，设计非接触式的轿门开闭状态监测，通过无线/有线传输技术联合电梯运行状态和电梯夹绳器装置实现电梯轿厢开门意外移动监测，以及自动夹绳制停保护功能的电梯轿门防剪切及预警监测系统。

项目要解决的其中一个关键问题是：如何确定压力传感器的动作阈值及动作范围。对于人体不同部分、不同体型的乘客，会有不同压力，首先，如何确定触发动作的阈值是其中的关键问题。其次，是解决轿厢部位监测电梯状态触发制停信号后，如何传导至电梯机房制动器或夹绳器动作，拟通过长距离无线通信传输方式实现，或通过高集成度的远程控制方式，在轿厢实现监测、判断、远程触发的综合功能设计。还有就是电梯运动状态的判断，通过接触式光电旋转编码器监测电梯速度、制停距离参数，采用非接触检测技术监测电梯门位置及轿厢位置信息，并且多重手段监测以排除误判也是一个重要问题。

项目具体研究内容是对电梯门系统的剪切事故进行研究，分析事故的发生机理和预防方案。同时，研发一种电梯轿门防剪切的方法，对电梯轿门开闭状态、轿厢平层状态进行实时监测，通过门框受力挤压情况进行检测，获知开门意外移动、压力值并触发电梯制停以预防事故的发生。

3 硬件搭建

在项目所设计的装置里，电梯运动状态的判断及制停是通过接触式光电旋转编码器监测电梯速度、制停距离参数，采用非接触检测技术监测电梯门位置及轿厢位置信息，实现电梯在开门状态下发生轿厢意外移动的判断，一旦发生马上切断安全回路，触发电梯制动器或夹绳器，制停电梯。

防剪切的电梯轿门系统则利用检测电梯轿门受挤压程度的方法来传递压力阈值并制停电梯，来预防剪切事故。该系统包括控制装置、电梯运动监测装置、压力采集装置和电梯制停信号输出装置、轿门及轿厢位置监测。其中，控制装置设置于电梯的轿厢顶部，利用微处理器系统或PLC 控制系统来实现。电梯运动监测装置用于监测电梯是否处于运动状态，并将该运动状态的触发信号发送至控制器。

同时，利用在电梯轿门的上门框和下门框上安装的应变片式压力传感器，对乘客发生挤压时的压力进行检测，并切断电梯安全回路。利用安装在电梯限速器旁的光电检测装置和无线发射装置，且光电检测装置通过无线发射装置与无线通信电路相连，用于监测电梯的运动状态。

研发的装置硬件结构图如图1 所示。

图1 硬件结构图

4 软件界面

在硬件设计的同时，还设计了装置运作的软件。该软件能够将该方法步骤顺利地在装置里完成以下步骤：首先，通过接触式光电旋转编码器监测电梯速度、制停距离参数；其次，采用非接触检测技术监测电梯门位置及轿厢位置信息，实现电梯在开门状态下发生轿厢意外移动的判断，一旦发生马上切断安全回路，触发电梯制动器或夹绳器，制停电梯。

其中，通过监测电梯门位置、轿厢层门信息，判断开门状态下轿厢意外移动发生并预警，实时同步切断安全回路、触发电梯制动器和夹绳器动作。同时，利用运动监测装置发现电梯运动，压力采集装置采集电梯轿门压力值并将其发送至控制系统判断是否出现挤压情况，达到挤压阈值时发出制停指令，切断电梯的安全回路并使电梯制动器或夹绳器制停，制停电梯。

另外，剪切监测系统对电梯运行速度进行检测并采集压力值，如有电梯运动情况下压力值大于阀值并预警，实时同步切断安全回路、触发电梯制动器和夹绳器动作。

检测方法流程图如图2所示。

图2 检测方法的流程图

软件还设计了操作和记录界面，如图3 所示。

图3 系统操作界面

5 现场实验

项目所设计的装置已经在现场顺利地进行了实验，并取得了较好效果。

首先，电梯在开门状态下，乘客进出轿门时或者站在轿门附近时，轿厢意外移动，造成乘客处于被轿门和厅门的门框夹住、挤压的危险状态；此时，安装于电梯反绳轮旁的光电检测装置检测到反绳轮的转动，确认电梯为移动状态，立即发送信号给控制器，使得控制器触发有效状态。

同时，安装于电梯轿门处的电梯轿门监测装置检测到轿门尚未关闭，确认此时为危险状态；应变片式压力传感器采集电梯轿门的上、下门框压力值并将其发送至控制器进行判断是否出现挤压情况：当该压力值达到控制器中的预设挤压阈值时，控制器发出制停指令；更具体的，当电梯上行时发生了挤压乘客情况，轿门下门框的应变片因为挤压而达到预设挤压阈值，控制器发出制停指令。

最后，接收装置接收所述制停指令，并通过信号输出装置将该制停指令发送至电梯的安全回路和钢丝绳制动器，将电梯的安全回路断开，同时，让钢丝绳制动器动作，制停电梯。

6 结语

本项目开发的这种基于压力传感、电梯门及轿厢位置监测技术的电梯轿门剪切预防方法以及防剪切的系统，具有通用、合理及安全性，在电梯的出厂、新装及定期加装均可使用，具有较大的实用价值。