一种电梯光幕保护系统的设计

郑松鹤 吴 振 刘 鸣

(1.日立电梯（中国）有限公司，广东 广州 510430；2.广州体育职业技术学院，广东 广州 510650)

一种电梯光幕保护系统的设计

郑松鹤1吴 振1刘 鸣2

(1.日立电梯（中国）有限公司，广东 广州 510430；2.广州体育职业技术学院，广东 广州 510650)

介绍了光幕的组成和工作原理，剖析其优缺点。结合国标GB7588-2003对电梯门保护装置的要求，我们的光幕保护硬件系统是在电梯控制系统层面上设计的，而软件系统则最大限度地发挥光幕的优点，减少其缺点对电梯运行的影响。

电梯；光幕；门保护装置

1．引言

随着电梯技术的不断发展，光幕作为电梯出入口保护装置正越来越广泛被应用在电梯上。与传统的安全触板相比，光幕利用红外技术，具有无需接触即可检测人和（或）物体的优点；但是同时存在容易受到强光、灰尘干扰，使用寿命短，存在检测盲区等缺点。本文从软硬件上设计电梯光幕保护系统，在充分发挥光幕优点的基础上，规避其缺点对电梯正常运行的影响。

2．光幕保护装置

2．1 光幕的组成及工作原理

光幕一般由发射装置、接收装置、控制装置组成，如图1所示。

图1 光幕结构图

光幕发射装置内有若干个红外发射管，接收装置内有若干个红外接收管，分别安装在电梯轿门两端。在微处理器的控制下，发射管依次发射红外线，接收管依次接收红外线，形成一个密集的红外线保护区域。当其中任何一束光线被阻挡而使接收管没有接收到红外线时，光幕控制装置输出遮挡信号给电梯控制系统，电梯控制系统控制轿门停止关闭并且重新反向开门，直至乘客或阻挡物离开保护区域，从而达到安全保护目的。

2．2 光幕的选用

在电梯上选用光幕，需要重点关注以下基本参数：发射管和接收管对数、光束数目、光点间距、最高光束、最低光束、最小探测距离、最大探测距离、响应时间。

红外光定向性差，容易产生发散的特点，光幕装置普遍利用该特点来实现交叉扫描。如图2所示。红外光由发射管发射，发散后形成多个光束被多个接收管接收到。如果光幕装置采用1对5的扫描方式，则光束数目=(发射管和接收管对数×5)-6。

图2 光幕的交叉扫描示意图

虽然GB7588-2003没有对动力驱动门保护装置覆盖的范围做出明确要求，但是DIN EN81-20-DRAFT送审稿5.3.6.2.1.1条对此却做出明确的要求：

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]。

意思为：该保护装置应能覆盖至少从轿门地坎上方25mm到1600mm的开放区域（如：光幕）。故在选用光幕时，必须关注最低光束高度不能高于20mm（当预留5mm作为轿厢地坎和光幕发射接收装置外沿的间隙时），最高光束高度不能低于1600mm。

国标GB7588-2003的8.7.2.1.1.3条规定：保护装置的作用可在每个主动门扇最后50mm的行程中被消除[2]。DIN EN81-20-DRAFT送审稿5.3.6.2.1.1条的规定更严格，把50mm缩减到20mm。这就要求我们在选用光幕时，最小探测距离不能小于50mm，推荐选用最小探测距离不小于20mm的光幕。光幕最大探测距离则根据开门宽度来选择，最大探测距离必须大于开门宽度。

3．光幕优缺点

3．1 光幕的优点光幕通过红外线检测的方式，无须接触即可检测到人和（或）物体，与传统需要接触才能检测的机械触板相比，能有效减少电梯门对人和（或）物体的撞击。

3．2 光幕的缺点

光幕有容易受到强光、灰尘干扰，使用寿命短，存在检测盲区，安装要求高等缺点。

安装在室外的电梯或者观光电梯，容易受到太阳光直射而产生误动作，导致光幕不能有效地检测出遮挡物。

光幕在实际应用中，经常出现光幕的光束被灰尘遮挡而误动作，导致电梯无法关门运行。特别是在新建大楼装修期间，这种情况发生的频率非常高。

光幕的红外发射管和接收管都是电子器件，而且需要不断循环扫描以检测遮挡物。与采用机械结构的触板相比，使用寿命短，故障发生频率高。

光幕都存在垂直允差、水平允差和纵向角度允差，对安装的要求高。电梯在使用的过程中，特别是新楼装修期间，轿门容易受到撞击而发生变形，使光幕允差过大而误动作，影响电梯正常使用。

4．光幕保护系统设计

在设计光幕保护系统时，首先需要符合国标GB7588-2003的规定。在此基础上，既要考虑光幕能准确、迅速地检出人和（或）物体，避免电梯关门撞击人和（或）物体，又要最大限度地降低光幕本身的缺点对电梯正常使用的影响，及时检测出光幕的故障，同时延长光幕的使用寿命。

4．1 标准规定

国标GB7588-2003的8.7.2.1.1.3条对电梯出入口保护系统的规定：

“当乘客在轿门关闭过程中，通过入口时被门扇撞击或将被撞击，一个保护装置应自动地使门重新开启。此保护装置的作用可在每个主动门扇最后50mm的行程中被消除。

对于这样的一个系统，即在一个预定的时间后，它使保护装置失去作用以抵制关门时的持续阻碍，则门扇在保护装置失效下运动时，8.7.2.1.1.2规定的动能不应大于4J (焦耳)。”[2]

4．2 硬件设计

光幕保护系统硬件由光幕装置、门控系统、主控系统组成，如图3所示。其中光幕装置检测电梯出入口是否有人和（或）物体，门控系统控制电梯门电机动作，主控系统根据各种逻辑判断门控系统开关门动作。

光幕装置的电源由门控系统来控制，其输出的光幕遮挡信号通过输出继电器同时输出给主控系统和门控系统。光幕装置通过串行通信把状态和故障信号传给门控系统。当光幕装置发生故障时，门控系统通过控制继电器对光幕装置重新上电复位。

光幕装置遮挡信号输出采用常闭触点输出，即当光幕被遮挡时，输出继电器触点断开，输出低电平，以防止遮挡信号线断开而使主控系统和门控系统收不到遮挡信号。

4．3 软件设计

4．3．1 总体设计

光幕保护系统软件是电梯嵌入式控制软件的组成部分，基于瑞萨HEW(High-performance Embedded Workshop)4.0开发环境，采用C语言开发设计。光幕保护系统软件由电梯正常运行保护模块、检修运行保护模块、消防员运行保护模块、光幕故障检出与处理模块组成，如图4所示。

4．3．2 正常运行光幕保护模块设计

电梯正常运行时，当光幕检测到人和（或）物体时，向主控系统和门控系统同时输出遮挡信号。门控系统收到光幕遮挡信号后，立即停止关门动作并重新反向开门，防止对人和（或）物体造成伤害。主控系统收到光幕遮挡信号后，向门控系统输出开门信号，电梯保持开门状态。当光幕长期被遮挡，遮挡持续时间超过预设值后，主控系统向门控系统输出光幕遮挡无效和关门信号，门控系统控制门机徐徐关闭电梯门，关门的动能不大于4J（焦耳），同时关门按钮灯闪亮并且轿顶蜂鸣器鸣响以提示乘客注意。

光幕长时间通电工作，会缩短光幕的寿命。所以在电梯闲驶待机关门状态下，主控系统向门机系统发出指令，通过门机系统切断光幕的电源。这样，一方面可以延长光幕的寿命，一方面可以降低电梯的待机能耗。

4．3．3 检修运行光幕保护模块设计

电梯的检修运行是供电梯专业人员调试、维保使用，包括光幕故障时使用。按照国标GB7588-2003的14.2.1.3条规定，一旦进入检修运行，应取消任何自动门的操作[3]。也就是说，在检修运行时，只有持续压揪开门或者关门操作按钮，才能实现开关门操作。由此可见，检修运行时，应该屏蔽光幕作用，使光幕无效。

4．3．4 消防员运行光幕保护模块设计

电梯的消防员运行是在发生火灾时，供消防员使用电梯的特殊运行模式。在发生火灾时，由于会产生大量的浓烟，浓烟可能会使光幕误检测，从而导致消防员操作时无法迅速关门。故消防员运行时，同样应该屏蔽光幕作用，使光幕无效。

正常运行、检修运行和消防员运行模式下，光幕保护系统的控制程序流程图如图5所示。

图5 光幕保护系统控制流程图

4．3．5 光幕故障检出与处理模块设计

由光幕的缺点可知，光幕比起机械触板容易发生故障。光幕由发射装置、接收装置和控制装置组成，光幕故障也主要集中在它们身上。发射装置、接收装置故障主要是发射管故障、接收管故障、安装不良或灰尘导致长期被遮挡故障；控制装置故障主要是电源故障、通信故障、输出继电器故障。

为了降低光幕故障对电梯正常运行的影响，在光幕保护系统设计时，有必要对光幕故障进行记录及处理。当光幕发生故障时，主控系统记录光幕故障信息，然后通过门控系统对光幕装置重新上电复位。对于控制装置的光幕故障，一般可以通过重新上电复位来解除。但是如果是发射管或者接收管发生故障，则很难通过重新上电复位来修复。在此情况下，如果大楼有多台群组电梯提供服务，发生光幕故障电梯则停止提供正常运行服务，大楼由群组其它电梯维持服务。如果大楼只有一台电梯提供服务，该光幕故障电梯退出自动关门模式，进入手动慢速关门模式。乘客通过持续按揪关门按钮的方式来实现手动慢速关门，直到门完全关闭，同时响蜂鸣器提示乘客注意安全。

光幕故障检出与处理程序流程图如图6所示。

图6 光幕故障检出与处理程序流程图

5．结束语

本文所述光幕保护系统已取代传统触板作为门保护系统，在小机房住宅电梯得到广泛的使用，减少门撞人事件的发生，深受客户欢迎，获得良好的市场反应。但是对于直径小于50mm的细小物，依然存在检测盲区，需要配合其它手段才能检测。

电梯门保护系统有向声音识别系统、图像识别系统方向发展的趋势，特别是图像识别系统，能够有效地解决绳子之类细小物检测问题。我们正密切关注着声音识别、图像识别技术在门保护方面的研究与应用，以进一步完善电梯门保护系统设计。

[1]GB7588-2003，电梯制造与安装安全规范[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]回晓明．例说电梯门入口处防撞人保护装置检测的局限性[J]．中国电梯，2013，(15)：60-61,63．

[4]毛宗源，彭汝华，尤裕祥等．微机控制电梯[M]．北京：国防工业出版社，1996．

[5]叶安丽．电梯控制技术[M]．北京：机械工业出版社，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

郑松鹤，男，广东东莞人，本科，工程师，研究方向：电梯嵌入式控制系统开发。