淺談電梯轎廂誤停非設定樓層時的安全設計

王衛(wèi)國 王學

摘? 要：為了研究在電梯門誤開的情況下，如何預防人員誤進入電梯而導致傷亡事故的發(fā)生，首先從發(fā)生的事故中分析了故障發(fā)生的原因，提出解決方案，進行了參數(shù)設計和方案設計，然后通過設定傳感器的采集方式、邏輯電路的處理、報警以及信號的發(fā)送途徑，對產(chǎn)品進行具體的設計和應用，并針對產(chǎn)品的可靠性和經(jīng)濟性進行分析，最后針對產(chǎn)品的測試效果，進行一些合理的改進，并確定后續(xù)的改進研究方向。

關鍵詞：電梯誤停;傳感器;數(shù)據(jù)采集;電梯安全

中圖分類號：TU857? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

近年來，電梯事故多發(fā)，尤其是由于電梯故障，導致人員踩空，跌落至井底，導致人員受傷甚至死亡的案例較多，例如：2012年9月6日，成都一名58歲的男性裝修工在10層準備下樓時，電梯門打開后轎廂卻停在11層，男性裝修工沒有注意，一腳邁進去，跌落到電梯井底，當場死亡。2013年4月10日，在南京六合北門方州路一家服裝廠內(nèi)，一名搬運工欲從4層乘電梯下到1層，沒想到發(fā)生意外，電梯門開了，電梯卻沒有到達4層，搬運工一腳踩空，身受重傷，不治身亡。2014年9月16日，溫州鞋都三期一鞋廠突發(fā)電梯故障，門開轎廂未至，一名30歲左右運貨男子一腳踩空跌落電梯井底，導致手腳多處骨折。上述案例，均為電梯廳門打開，而轎廂沒有在指定位置，人員未察覺而進入電梯踩空，導致人員傷害事件的發(fā)生。本文所探討的針對上述事故的安全設計，從硬件設計上的可靠度分析、軟件設計的可擴展方向，來確保該類故障發(fā)生時，能夠保證人員的安全。該設計方案已授權發(fā)明專利。

1 原理分析

所謂轎廂就是用于運送乘客和（或）貨物的組件，包括轎廂架和轎廂體。廳門也叫層門，在各層樓的?？空尽⑼ㄏ蚓擂I廂的入口處。設置供司機、乘用人員和貨物等出入的門。之所以發(fā)生上述事故，是因為轎廂不在指定樓層，而該樓層的廳門是打開的，在沒有警示的狀態(tài)下，人員通過廳門進入，踏空后跌落井底，導致悲劇的發(fā)生。因此本文主要對電梯的轎廂和廳門進行安全設計，以避免或減少事故的發(fā)生。

事故發(fā)生需要具備3個條件，一是轎廂不在該樓層，二是該樓層廳門是打開的，三是沒有足夠的警示。必須3個條件同時具備，事故才會發(fā)生，只要任意一個條件不滿足，則該事故就不會發(fā)生。因此，只要能夠破壞任意一個條件，使得3個條件不能同時存在，進而就能阻止事故的發(fā)生，避免事故造成傷害。

針對上述分析，提出解決方案：一是檢測轎廂的位置，是否在該樓層，二是檢測該樓層的廳門是否打開，三是在上述兩條不滿足時，及時發(fā)出報警，阻止人員進入。并通過產(chǎn)品上的數(shù)據(jù)傳輸，將該樓層遇到的信息發(fā)送給電梯管理人員和維保人員，及時進行故障排除。該方案的關鍵就是檢測轎廂的位置和廳門的開啟狀態(tài)，一旦檢測到不符合的發(fā)生，則立即發(fā)出報警狀態(tài)，警告人員不得進入，并提醒維保人員及時查看、修理，以此避免發(fā)生事故的3個條件同時存在，確保電梯的安全運行，減少甚至避免傷亡事件的發(fā)生。

2 安全方案

為了避免事故的3個條件同時出現(xiàn)，防止事故的發(fā)生，需要判斷轎廂是否到達該樓層，判斷該樓層的廳門是否處于打開或關閉狀態(tài)，并根據(jù)該情況決定是否向廳門外人員發(fā)出報警，決定是否向管理人員和維保人員發(fā)出相關信息。

第一步是檢測轎廂是否在該樓層，如果在該樓層，向控制板發(fā)出邏輯量1，不在該樓層，向控制板發(fā)出邏輯量0;第二步，檢測該樓層廳門是否處于關閉狀態(tài)，打開狀態(tài)，向控制板發(fā)出邏輯量1，關閉狀態(tài)，向控制板發(fā)出邏輯量0[5];第三步，控制板邏輯分析，若轎廂到達該樓層，廳門打開，則說明電梯正常工作，但如果出現(xiàn)轎廂不在該樓層，而廳門是打開的，則發(fā)出聲光報警。同時可根據(jù)具體的故障，向相關人員發(fā)出信息，請求處理。

因而，我們將具體測試轎廂的位置、廳門的關閉，這兩個主要參數(shù)，并運用邏輯電路判斷，來實現(xiàn)預警和發(fā)出故障信息。并利用無線發(fā)射裝置，將相關信息發(fā)送出去。

3 方案實施及步驟

3.1 電源選擇

在電梯控制中，有220V交流電和24V直流電，使用220V電壓，工作電流較小，導線可以選擇較細的，節(jié)省成本，但是傳感器和控制部分，都是弱電，需要進行處理，因此，選擇24V電壓，不僅使用方便，更主要的是使用比較安全，不會造成高壓電的安全隱患。

24V開關電源的主要技術參數(shù)：輸入電壓：220V AC;輸出電壓：24V DC;負載電流：10A;紋波：≤200mV;工作溫度：-40℃～+85℃。

3.2 檢測開關選擇

判斷轎廂的位置和判斷廳門的關閉狀態(tài)，從可靠性和信號處理角度，選擇電子式比機械式更具優(yōu)勢，電子式開關具有非接觸、無電蝕、無接觸電阻、溫度特性好等優(yōu)點，其中光電開關特性穩(wěn)定但容易受灰塵污染，電感開關由于容易受周邊金屬的干擾而產(chǎn)生誤動作，因此，我們可以選擇霍爾式接近開關，保證感應部分的優(yōu)質(zhì)的電氣特性和良好的可靠性。

霍爾式接近傳感器的參數(shù)：

工作電壓：8～30V DC;

靜態(tài)功耗：≤15mA;

檢測距離：5mm～8mm（Φ8×4磁鋼 表面磁場3000GS）;

負載電流：20mA;

工作溫度：-40℃～+85℃;

霍爾元件采用3144E，靈敏度為120GS～180GS。

3.3 邏輯判斷

邏輯判斷部分，可以采用單片機對兩處信號進行邏輯分析，并根據(jù)收集到的轎廂位置信號和廳門檢測信號，對接收到的信號進行邏輯分析，然后做出判斷，是否發(fā)出相關信號。邏輯判斷見表1。

表1 邏輯判斷

廳門狀態(tài) 轎廂是否在該樓層 是否報警

閉合 是 否

打開 是 否

閉合 否 否

打開 否 是

3.4 報警

報警部分，在現(xiàn)場采用聲光報警，報警聲音，在廳門前高1m處安裝，分貝不小于70dB，燈光閃爍，報警取消采用手動模式。

3.5 總線結(jié)構(gòu)

RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。

3.6 無線

我們利用無線通信模塊，選擇UT-901轉(zhuǎn)換模塊，該模塊支持MODBUS＼ASCII碼協(xié)議，支持點對點，一點對多點的無線通信方式，具有收發(fā)一體、安全隔離、使用簡單、性價比高、穩(wěn)定可靠的特點。

UT-901轉(zhuǎn)換模塊的參數(shù)如下：

載波頻率：433MHz SIM頻段，標準為16個信道可設;

可選的通信接口：RS-232、RS-485、RS-422;

電氣接口：RS-232接口DB9針形連接器;

RS-485/422接線端子，SMA接口;

保護等級：RS-485/422接口每線600W雷擊浪涌保護;

供電電壓9-30V DC;

工作電流：9V@400mA;

標準傳輸速率：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps;

工作方式：收發(fā)一體、異步半雙工;

信號指示：3個信號指示燈電源（PWR）、發(fā)送（TXD）、接受（RXD）;

天線阻抗：50Ω（標配為360°旋轉(zhuǎn)可90°折疊SMA接頭天線）無線收發(fā)芯片采用品牌功放，發(fā)射功率可選（40mW、150mW、405mW、520mW）;

工作溫度：-40℃～+85℃;

工作濕度：10%～90%RH 無冷凝;

外形尺寸：97mm×65mm×26mm（不含天線6）;

傳輸距離：無線433MHz載波 300m（最大功率發(fā)射空曠距離）。

RS-232 5m（1200bps～38400bps）。

表2為功率與電流對照表。

表2 功率與電流對照表

功率等級 1 2 3 4

功率（mW） 520 405 120 40

功率（dbm） 21.71 26.07 21.76 16.02

3.7 接受靈敏度

接受靈敏度見表3。

表3 空中傳輸速率與接受靈敏度的關系入表關系

空中速率 1200bps 2400bps 4800bps 9600bps 19200bps 38400bps

接受靈敏度 -122dBm -120dBm -118dBm -116dBm -113dBm -110dBm

4 產(chǎn)品測試及效果

4.1 測試參數(shù)

產(chǎn)品完成后，進行測試。產(chǎn)品的主板控制部分和傳感器部分是獨立設計完成的，開關電源則采用外購。經(jīng)完成PCB設計和器件組裝后，通電進行測試，能夠完成在轎廂與廳門不同層時，控制板發(fā)出報警，可確保轎廂和廳門不同層時，廳門誤開后發(fā)出警報，防止了人員誤入后引起的事故的發(fā)生。

4.2 效果和改進

現(xiàn)在已經(jīng)能夠基本實現(xiàn)轎廂與廳門不同層時，控制板發(fā)出報警。如果在多層電梯中，每層進行安裝，涉及的布線比較復雜，特別是樓層相對比較多（超過10層），而且布線比較長，也增加成本和信號損耗，容易誤報警。因此，在實際安裝過程中，建議使用總線方式，減少布線。并可在后面的設計中，盡量采用無線控制和報警，這樣對于后期的安裝和維護，非常方便。

結(jié)論

論述了電梯在實際工作過程中，轎廂與開啟的廳門不在同一樓層，人員誤入廳門墜入的情況，而設計的一種報警系統(tǒng)，防止人員在不知情的狀態(tài)下，誤入廳門而產(chǎn)生嚴重后果。

根據(jù)測試結(jié)果，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)轎廂與開啟的廳門不在同一樓層時，進行聲光報警。

在后續(xù)的實際操作中，可以針對多樓層設計總線結(jié)構(gòu)的通信方式，減少布線;甚至可以利用無線通信方式，為安裝和維護帶來方便。

參考文獻

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