自動扶梯安全扶手帶預警裝置的設計①

葉敬坡 陳先行 竇巖 姜楠 蔡龍喜 崔兆文

(常熟理工學院 江蘇常熟 215500)

現實生活中,自動扶梯是公共場所輸送乘客的最典型設備之一,在商場、賓館、機場、車站等人流密集場所廣泛架設,已成為城市生活中不可或缺的公共設施。目前扶梯安全事故層出不窮,在乘客乘坐扶梯的過程中，往往可以看到部分乘客用身體依靠著護壁板，這種行為存在著潛在的危險，時間已久可能會導致護壁板不穩固，從而引發事故，而且由于這種倚靠行為各種墜梯，卡主受傷案例時有發生。因此開發一種預防這類危險事故的裝置顯得尤為重要。

1 研究現狀

據調查市場上一些較大的電梯制造商都針對自己的電梯設計檢測裝置，大多都是側重于電梯整體，對電梯整體的運行狀況進行數據記錄與分析，從而得到一些故障數據，再者檢查裝置提供更豐富的故障診斷信息，以迅速排查故障在故障停梯時，如果不能提供詳細的診斷信息進而排除故障、迅速疏散客流，將可能造成嚴重的安全問題。

2 設計方案

自動扶梯扶手帶預警裝置主要由壓力檢測裝置、扶梯控制器、語音報警裝置等三部分組成。壓力檢測裝置由電源模塊、壓力傳感器以及處理單元組成。壓力檢測裝置與扶梯控制器及語音報警裝置依次連接。壓力檢測裝置一側安裝在扶手帶內側槽口，另一側安裝在護壁板（見圖1）。壓力傳感器采用陶瓷電容壓力傳感器，處理單元采用PLC。工作流程為當安裝在扶手帶內測的壓力檢測裝置檢測到扶手帶側邊存在壓力，壓力信號傳到處理單元進行分析，大于設定的危險預設值，則處理單元輸出的危險信號傳送到扶梯控制器，扶梯控制器采取停梯處理，與控制器連接的語音報警裝置也會發出報警信息（見圖2）。

圖1 壓力檢測裝置安裝簡圖

2.1 工作原理

陶瓷電容式壓力傳感器的敏感元件屬于變間隙電容式敏感元件，其結構是采用陶瓷膜片(彈性膜片)為敏感元件陶瓷膜片和陶瓷基體(基板)作為電容的兩極板。如果施加壓力，那么將改變基板與隔膜的間隙，從而改變傳感元件的電容，再通過信號調理電路轉換成標準的電壓信號輸出[1]。當扶手帶受到壓力，鑲嵌在扶手帶內測的陶瓷膜片變形位移，改變電容量，再通過電路轉換獲得電壓值，通過檢測變化量就能得到傳感器所受到的壓力。處理單元PLC將壓力傳感器輸出的電信號分析處理，并判斷兩個因素：(1)力的大小大于預設值。(2)大于預設值的力持續保持秒以上。兩個因素需要同時具備，才可以將信號傳送給扶梯控制器。扶梯控制器能夠對信號進行采集，分析及處理，然后這些數據與儲存在儲存器中的參考值比較，當不符合參考值時，控制器會結束扶梯的運行，再通過通信功能傳到語音報警單元，實現對乘客安全的保護以及安全警示功能。

圖2 工作流程圖

2.2 優點

壓力檢測裝置的中壓力傳感器是為陶瓷電容式壓力傳感器，陶瓷的熱穩定性可以使傳感器的工作溫度范圍達-40℃～125℃，測量精度高，穩定性強。另外采用這種傳感器由于它小、薄等特點，解決了安裝在扶手帶這樣密閉且體積較小困難的問題。此外這種傳感器中的陶瓷膜片與陶瓷基體之間間隙很小，當壓力很大時，膜片會直接貼到堅固的陶瓷基體中，保證了膜片不會發生太大變形，從而延長了傳感器的使用壽命。此外陶瓷芯片具有耐腐蝕、抗磨損、成本低廉等優點，該傳感器可被廣泛應用在各種壓力檢測的場合[2]。

PLC以微處理器為核心,綜合了微型計算機技術、自動控制技術及網絡通信技術,主要是為現場控制而設計,廣泛應用于工業自動化控制裝置。PLC具有可靠性高、適應性好和可擴展能力強等優點[3]。

3 結語

本次設計的一種對自動扶梯扶手帶安全預警裝置的設計能夠有效的防止乘客倚靠扶梯扶手帶及護壁板，并且有效避免因乘客長時間倚靠導致的扶手帶不穩固，或墜梯等安全事故的發生。可廣泛應用于各種扶梯設施的安全改裝改造中。