手扶式电梯
——防卷入设计
2021-10-29李涛戚福东张翠翠
李涛，戚福东，张翠翠
（滁州学院机械与电气工程学院，安徽滁州，239000）
1 研究目的
根据电梯的发展趋势，在分析现有电梯设计的基础上，分析了在不同情况下人们行为对其的影响。在一般情况下，自动扶梯会进入自动运行的状态，在一些特殊情况下会启动自动保护措施及时制动。通过对多传感器信号的分析和处理，表示出其工作状态。电梯踏步与停机坪、扶手、上下门板之间的间隙乘存在对乘客的安全隐患。为了降低现有手扶电梯的安全隐患，给用户提供安全保证，设计了一种新型步行电梯。传统的步行电梯不能根据紧急情况采取相应的措施。本文设计了多种保护步进手扶电梯，通过分析处理，可以实时监测并给出相应的运行状态并及时做出相应的反应。
2 电梯防卷入总体设计
如图1 通过外部信号、外部电源对处理器发出信号运行，在同时各部分模块反馈信号给中央处理系统对已经运行的系统进行更改，以完成对手扶电梯的控制。
3 各部分模块组成
■3.1 压阻式压力传感器模块
压力传感器一般是由压力敏感元件以及信号处理单元构成。它可以感知压力信号，并且根据一定的规则将压力信号转换成可用的输出电信号。通过外部电源进行供电，电桥连接到惠斯登桥，电桥将电阻的变化转换成为了电压信号输出。利用电桥检测电阻值的变化，之后对电阻值进行放大，送到单片机进行处理。对数据经过一定比例的校准，输出最终压力值。
图2 压阻式压力传感器原理
■3.2 西门子S7-200PLC 和西门子MM420 模块
步进电机采用的是高速脉冲的输出指令控制。采用I/O硬接线方式，通过S7-200的开关量输出控制变频器的启动/停止，通过模拟量输出（4-20mA）控制变频器的频率，通过开关量输入模块采集变频器的状态信号（运行、故障等）。当接收到控制命令时，PLC 控制系统做出存储命令，然后通过发送计算命令。如正常系统程序继续运行，若受到影响，PLC 控制系统在接收到实际影响后确定电梯行径，并将指令发送给转机。接到PLC 控制系统的指令后，调整升降速度。通过设置转机参数和调速，能有效的快速对电梯进行降速，以减少对乘客的直接伤害。
图3 西门子S7-200PLC 和西门子MM420 模块系统
■3.3 电流传感器模块
电流传感器用来检测信息的装置。它可以用来接收被测电流产生的信息，根据所编译的的信息将实际信息信号转换成电信号来做出输出，对此来提供对信息的收集、储存、显示、处理和记录等需求。
■3.4 电梯护栏与阶梯踏板之间高敏电流传感器
电梯侧护板的电压差是由于在正常运行时两者之间没有接触而引起的。这种变化可以被高度敏感的电流探测到。实用型提供了高灵敏度传感器信号用来检测电路，在提高检测灵敏度、输入阻抗、减小温漂。电路由电桥电路和放大电路组成。
■3.5 前后沿踏板压力检测单元
拆去前后边盖板后，会显示下面的卡槽。压力传感器均匀地分布在狭槽周围。当盖板打开时，几个压力传感器接收盖板的压力值不在安全范围内，处理器收集到相应信息反馈到中央，然后产生报警自动关闭电源。
■3.6 扶手传动接收口异物检测装置
一些小孩子会把手放在扶手或者其他以外地方，当他们到达扶手的末端时，他们会和扶手驱动带一起被带到扶手检测地带。由于橡胶物料的扶手和输送带回转速度快，小孩子手不会很快的反应过来。如图5 所示，我们在扶手检测地带及传送带回传地区的地板上放了个激光感应装置。当底部有异物时，激光感应装置信号发生变化，并发出报警，降低电梯速度。
图4 压力检测模型
图5 扶手传动接收口异物检测装置
图6 仿真原理图
■3.7 电梯护栏与阶梯踏板之间高敏电流传感器
在电梯护栏和电梯踏板侧面加上一个电压差，由于二者在正常运转过程中无接触，若有异物卷入，则二者联通，有电流经过。可用高敏电流检测出此变化。本实用新型提出一种高敏度传感器的信号检测电路，目的在于提高探测灵敏度、输入阻抗与降低温漂。
4 结论
相比较原有的手扶式电梯，本文以安全为首要前提出发，设计防护型手扶电梯。本文将理论研究（模型分析）、仿真和物理实验验证相结合，采用循序渐进、逐步深入的研究方法。
(1)采用比较创新的研究方法。分析且比较了传统步行手扶电梯的工作原理以及性能，以及近年来发生的电梯事故。针对步行电梯安全隐患带来的新问题，本文从建立和解决这些新问题和新挑战入手，探索了利用传感器检测和放大信号的新方法，并制定了相应的措施。
(2)采用仿真与物理实验验证相结合的研究方法。为了去提高以及验证传感器配置的主要性能，需要设计合理的仿真验证方案，对传感器配置进行仿真，并根据仿真结果不断改进传感器配置方法，最后，通过样机在实际环境中进行性能测试，可以表明该方案的可行性以及正确性。
(3)针对乘坐电梯时的某些特殊情况，传统手扶式电梯还存在着隐藏的安全隐患，设计一种提高安全性能的电梯。
(4)该手扶式电梯能够通过所利用的压力传感器，对压力，电流的细微差别进行放大，在遇到事故的时候能快速作出反应。
(5)采用西门子变频器和PCL 操作系统，在遇到事故手扶电梯制停的时候极大的减少了对乘客的直接伤害。
