CN104891293B - 基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统及方法 - Google Patents

基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统及方法；其系统包括二维激光传感器、数据处理装置和控制装置；其方法包括利用二维激光传感器监测梯级位移量，利用数据处理装置对监测数据进行处理并判断是否超出阈值并发出报警信号，利用控制装置切断安全回路并实现紧急制动。本发明采用二维激光传感器对自动扶梯的所有梯级进行实时监测，采用数据处理模块根据检测对自动扶梯运行情况进行判断，并利用控制装置准确，迅速的对自动扶梯所发生的故障进行处理，保证了自动扶梯乘客的生命财产安全；而且能够根据不同的防护需求对判断阈值进行设置，优化了自动扶梯的防护标准。

Description

基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统及方法
技术领域
本发明属于自动扶梯安全保护技术领域，尤其涉及一种基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统及方法。
背景技术
随着中国公共交通型自动扶梯、自动人行道数量的增加。同时受制造业水平和生产技术条件的限制，发现一些特定安全事故呈现上升的趋势。这引起了政府部门的重视，也对今后公共交通型自动扶梯安全使用提出了更高要求。
IP(INGRESS PROTECTION)防护等级系统是由IEC(,INTERNATIONALELECTROTECHNICAL COMMISSION)国际电工委员会起草，将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到电器内之带电部分，以免受触电、机械伤害。
国家标准GB 16899-2011中只对下述几种自动扶梯主要部件进行过IP描述；①工作制动器IP54、②电气控制柜的防护设计IP55、③变频器IP55、④电动机IP55。对梯级与围裙板间隙的机械防护IP未做过描述。
据了解，自动扶梯梯级与围裙板夹人事故占到总事故类型17％，人员伤者数字仅次于近年我国发生的逆转事故。据保守估计，这一比例隐藏了产权单位出于商业名誉方面的考虑，实际比例远不止于此。
梯级与围裙板机械防夹装置，虽在企业标准、行业标准、国家标准中有所描述，但从实际保护效果上看，在安全方面有避重就轻之嫌。在于发生梯级夹人时极易导致发生梳齿板二次挤压事故。因此，从安全角度上说，光采用机械防夹装置还根本不够。
国内目前主要采用的机械防护装置有；填充板装置、胶条防夹装置、安全刷防夹装置等。其优点是设计简约，安装方便。缺点是受安装尺寸技术要求较高，安装不正确较难达到相应安全要求。
国内目前主要采用的电气防护装置有；围裙板微动开关(合同中选配)、带防护梯级的新型技术NextStep自动扶梯。
NextStep自动扶梯(OTIS)的主要技术是，围裙板与梯级同步运行。这样就解决了围裙板与梯级之间异物卡入的风险。但售价较贵，目前只在欧美少数国家中有所使用。
发明内容
本发明的发明目的是：为了解决现有技术中自动扶梯安全性较低及成本较高等问题，本发明提出了一种基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统及方法。
本发明的技术方案是：一种基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统，包括：
二维激光传感器，用于监测自动扶梯梯级的位移量；
数据处理装置，用于对二维激光传感器监测得到的自动扶梯梯级位移量进行处理，判断是否超出设定阈值并发出报警信号；
及控制装置，用于根据数据处理装置发出的报警信号切断安全回路，实现自动扶梯的紧急制动功能；
所述二维激光传感器与数据处理装置、数据处理装置与控制装置通讯连接。
进一步地，所述二维激光传感器安装在桁架内。
进一步地，所述二维激光传感器的发射角包括二维激光传感器工作支路的所有梯级。
进一步地，所述自动扶梯梯级的位移量包括横向位移量和纵向位移量。
进一步地，所述数据处理装置具体用于根据自动扶梯梯级横向位移量和纵向位移量分别得到梯级的横向跳动量和纵向跳动量，判断梯级的横向跳动量和纵向跳动量是否超出设定阈值；若梯级的横向跳动量和纵向跳动量都没有超出设定阈值，则说明自动扶梯运行正常；若梯级的横向跳动量或纵向跳动量超出设定阈值，则说明自动扶梯运行出现异常，并发出报警信号。
进一步地，所述根据自动扶梯梯级横向位移量和纵向位移量分别得到梯级的横向跳动量和纵向跳动量，具体为：根据自动扶梯每一个梯级的的横向位移量和纵向位移量选取得到横向位移量的最大值和最小值及纵向位移量的最大值和最小值，横向位移量的最大值和最小值的差值及纵向位移量的最大值和最小值的差值即为梯级的横向跳动量和纵向跳动量。
本发明人还提出了一种基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制方法，包括以下步骤：
A、利用二维激光传感器监测自动扶梯每一个梯级的位移量，并将监测数据发送至数据处理装置；
B、利用数据处理装置接收步骤A中二维激光传感器发送的监测数据，进行处理后判断是否超出设定阈值；若没有超出设定阈值，则说明自动扶梯运行正常，操作结束；若超出设定阈值，则说明自动扶梯运行异常，并发送报警信号至控制装置；
C、利用控制装置接收步骤B中发送的报警信号，并根据报警信号切断安全回路，控制自动扶梯的紧急制动。
进一步地，所述步骤A中梯级的位移量包括横向位移量和纵向位移量。
进一步地，所述步骤B中利用数据处理装置对监测数据进行处理后判断是否超出设定阈值，具体为：根据自动扶梯每一个梯级的的横向位移量和纵向位移量选取得到横向位移量的最大值和最小值及纵向位移量的最大值和最小值，横向位移量的最大值和最小值的差值及纵向位移量的最大值和最小值的差值即为梯级的横向跳动量和纵向跳动量。
本发明的有益效果是：本发明的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统及方法，采用二维激光传感器对自动扶梯的所有梯级进行实时监测，采用数据处理模块根据检测对自动扶梯运行情况进行判断，并利用控制装置准确，迅速的对自动扶梯所发生的故障进行处理，保证了自动扶梯乘客的生命财产安全；而且能够根据不同的防护需求对判断阈值进行设置，优化了自动扶梯的防护标准。
附图说明
图1是本发明的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统的结构示意图。
图2是本发明的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统中提及与二维激光传感器的位置关系示意图。
图3是本发明的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统中建立的位移量关于采样时间的关系示意图。
图4是本发明的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为本发明的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统的结构示意图。一种基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统，包括：
二维激光传感器，用于监测自动扶梯梯级的位移量；
数据处理装置，用于对二维激光传感器监测得到的自动扶梯梯级位移量进行处理，判断是否超出设定阈值并发出报警信号；
及控制装置，用于根据数据处理装置发出的报警信号切断安全回路，实现自动扶梯的紧急制动功能；
所述二维激光传感器与数据处理装置、数据处理装置与控制装置通讯连接。
本发明采用的二维激光传感器为非接触式精确测量被测物体的位移、厚度、振动、距离等几何量的测量仪器，其安装在桁架内且发射方向垂直于梯级的踏板平面，其发射角包括二维激光传感器工作支路的所有梯级，这里的工作支路指的是二维激光传感器所能覆盖的检测范围。本发明的二维激光传感器利用发漫的激光入射到梯级背面，同时测量每个梯级的横向(X轴)和纵向(Y轴)两个方向的位移量，入射光和反射光干涉后形成驻波，经反射到激光接收器。传感器对驻波阵列上每个点的波长进行监控，通过对驻波波长长短的突变监控，从而得到梯级振动状况的监测数据。由于在自动扶梯的倾斜段容易发生梯级与围裙板之间卡入异物的安全故障，因此本发明在自动扶梯的倾斜段主要监测梯级的横向位移量；由于在自动扶梯的水平段和过渡区段容易发生踏板与踢板之间异物夹入和防止梯级轮缺失，基距突然增大的安全故障，因此本发明在自动扶梯的水平段和过渡区段主要监测梯级的纵向位移量。
例如自动扶梯的提升速度一般为0.5m/s，人体某部位夹入梯级后希望在5cm内停止运行，现实中，应再加上最少制动距离0.2m，那么，夹入后的最短制动距离也要0.25m。自动扶梯倾斜角按30°角，代入直角三角函数计算，所耗去的时间T为；
T＝sin30°×0.25m÷0.5m/s
＝0.25s
即得到自动扶梯最短安全反应时间。
再代入频率与时间关系式；
f＝1/T
＝4次/秒
即得到自动扶梯本身最快事故发生频次。
从而得知；激光传感器扫描次数10～30次/秒，两倍于自动扶梯本身最快事故发生频次4次/秒。因此，激光传感器扫描次数参数能够实现自动扶梯梯级的准确监测。
本发明的数据处理装置具体用于根据自动扶梯梯级横向位移量和纵向位移量分别得到梯级的横向跳动量和纵向跳动量，判断梯级的横向跳动量和纵向跳动量是否超出设定阈值；若梯级的横向跳动量和纵向跳动量都没有超出设定阈值，则说明自动扶梯运行正常；若梯级的横向跳动量或纵向跳动量超出设定阈值，则说明自动扶梯运行出现异常，并发出报警信号。由于现行“梯级与围裙板防夹人”安全标准(夹人后，不能立即停止运行)做的不是很到位，因此本发明可以根据特定的防护需要对判断时所采用的阈值进行设定，从而实现了对现行安全标准GB 16899-2011(5.3.4)、TSG T7005-2012(4.6)的适当优化，提高了行业标准、国家标准，保护了大众利益和提高了自动扶梯使用的安全性。
如图2所示，为本发明的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统中提及与二维激光传感器的位置关系示意图。如图3所示，为本发明的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统中建立的位移量关于采样时间的关系示意图。根据自动扶梯梯级横向位移量和纵向位移量分别得到梯级的横向跳动量和纵向跳动量，具体为：根据自动扶梯每一个梯级的的横向位移量和纵向位移量分别建立位移量关于采样时间的关系示意图，从而选取得到横向位移量的最大值和最小值及纵向位移量的最大值和最小值，在根据横向位移量的最大值和最小值的差值及纵向位移量的最大值和最小值的差值得到梯级的横向跳动量和纵向跳动量。
本发明的控制装置，用于根据数据处理装置发出的报警信号切断安全回路，实现自动扶梯的紧急制动功能；该功能的实现可以通过单片机或PCL(可编程逻辑控制器)来实现。当控制装置接收到数据处理装置发出的报警信号时，控制装置立即切断自动扶梯的安全回路，同时控制自动扶梯的动力装置等实现自动扶梯的紧急制动。
为了对上述基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统作进一步的说明，本发明还提出了一种基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制方法。如图4所示，为本发明的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制方法的流程示意图，包括以下步骤：
A、利用二维激光传感器监测自动扶梯每一个梯级的位移量，并将监测数据发送至数据处理装置；
B、利用数据处理装置接收步骤A中二维激光传感器发送的监测数据，进行处理后判断是否超出设定阈值；若没有超出设定阈值，则说明自动扶梯运行正常，操作结束；若超出设定阈值，则说明自动扶梯运行异常，并发送报警信号至控制装置；
C、利用控制装置接收步骤B中发送的报警信号，并根据报警信号切断安全回路，控制自动扶梯的紧急制动。
在步骤A中，二维激光传感器安装在桁架内且发射方向垂直于梯级的踏板平面，并通过发漫的激光入射到每一个处于二维激光传感器监测范围内的梯级背面，同时测量每个梯级的横向(X轴)和纵向(Y轴)两个方向的位移量，入射光和反射光干涉后形成驻波，经反射到激光接收器。传感器对驻波阵列上每个点的波长进行监控，通过对驻波波长长短的突变监控，从而得到梯级振动状况的监测数据。由于在自动扶梯的倾斜段容易发生梯级与围裙板之间卡入异物的安全故障，因此本发明在自动扶梯的倾斜段主要监测梯级的横向位移量；由于在自动扶梯的水平段和过渡区段容易发生踏板与踢板之间异物夹入和防止梯级轮缺失，基距突然增大的安全故障，因此本发明在自动扶梯的水平段和过渡区段主要监测梯级的纵向位移量。
在步骤B中，本发明的数据处理装置具体用于根据自动扶梯梯级横向位移量和纵向位移量分别得到梯级的横向跳动量和纵向跳动量，判断梯级的横向跳动量和纵向跳动量是否超出设定阈值；若梯级的横向跳动量和纵向跳动量都没有超出设定阈值，则说明自动扶梯运行正常；若梯级的横向跳动量或纵向跳动量超出设定阈值，则说明自动扶梯运行出现异常，并发出报警信号。这里根据自动扶梯梯级横向位移量和纵向位移量分别得到梯级的横向跳动量和纵向跳动量，具体为：根据自动扶梯每一个梯级的的横向位移量和纵向位移量分别建立位移量关于采用时间的关系示意图，从而选取得到横向位移量的最大值和最小值及纵向位移量的最大值和最小值，在根据横向位移量的最大值和最小值的差值及纵向位移量的最大值和最小值的差值得到梯级的横向跳动量和纵向跳动量。
在步骤C中，控制装置，用于根据数据处理装置发出的报警信号切断安全回路，实现自动扶梯的紧急制动功能；该功能的实现可以通过单片机或PCL(可编程逻辑控制器)来实现。当控制装置接收到数据处理装置发出的报警信号时，控制装置立即切断自动扶梯的安全回路，同时控制自动扶梯的动力装置等实现自动扶梯的紧急制动。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统，其特征在于，包括：
二维激光传感器，用于监测自动扶梯梯级的位移量；所述自动扶梯梯级的位移量包括横向位移量和纵向位移量；
数据处理装置，用于对二维激光传感器监测得到的自动扶梯梯级位移量进行处理，判断是否超出设定阈值并发出报警信号；具体用于根据自动扶梯梯级横向位移量和纵向位移量分别得到梯级的横向跳动量和纵向跳动量，判断梯级的横向跳动量和纵向跳动量是否超出设定阈值；若梯级的横向跳动量和纵向跳动量都没有超出设定阈值，则说明自动扶梯运行正常；若梯级的横向跳动量或纵向跳动量超出设定阈值，则说明自动扶梯运行出现异常，并发出报警信号；
及控制装置，用于根据数据处理装置发出的报警信号切断安全回路，实现自动扶梯的紧急制动功能；
所述二维激光传感器与数据处理装置、数据处理装置与控制装置通讯连接。
2.如权利要求1所述的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统，其特征在于，所述二维激光传感器安装在桁架内。
3.如权利要求1所述的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统，其特征在于，所述二维激光传感器的发射方向垂直于梯级的踏板平面。
4.如权利要求1所述的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制系统，其特征在于，所述根据自动扶梯梯级横向位移量和纵向位移量分别得到梯级的横向跳动量和纵向跳动量，具体为：根据自动扶梯每一个梯级的的横向位移量和纵向位移量选取得到横向位移量的最大值和最小值及纵向位移量的最大值和最小值，横向位移量的最大值和最小值的差值及纵向位移量的最大值和最小值的差值即为梯级的横向跳动量和纵向跳动量。
5.一种基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、利用二维激光传感器监测自动扶梯每一个梯级的位移量，并将监测数据发送至数据处理装置；
B、利用数据处理装置接收步骤A中二维激光传感器发送的监测数据，进行处理后判断是否超出设定阈值，具体为：根据自动扶梯每一个梯级的的横向位移量和纵向位移量选取得到横向位移量的最大值和最小值及纵向位移量的最大值和最小值，横向位移量的最大值和最小值的差值及纵向位移量的最大值和最小值的差值即为梯级的横向跳动量和纵向跳动量；若没有超出设定阈值，则说明自动扶梯运行正常，操作结束；若超出设定阈值，则说明自动扶梯运行异常，并发送报警信号至控制装置；
C、利用控制装置接收步骤B中发送的报警信号，并根据报警信号切断安全回路，控制自动扶梯的紧急制动。
6.如权利要求5所述的基于二维激光传感器的自动扶梯安全控制方法，其特征在于，所述步骤A中梯级的位移量包括横向位移量和纵向位移量。
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