نظام استشعار باب المصعد البصري مع منطقة الكشف المستوية

يعمل نظام استشعار الباب البصري المطور حديثًا على تحسين أداء الكشف وزيادة السلامة والتغلب على نقاط الضعف في أنظمة الأبواب التقليدية.

بقلم إميكو سانو وماساهيرو شيكاي ويوكي كاواي وأكيهايد شيراتسوكي وهاجيمي ناكاجيما وتوشيو ماسودا
شركة Mitsubishi Electric ، اليابان

تم تقديم هذه الورقة في  ELEVCON Lucerne 2010 ، المؤتمر الدولي لتقنيات النقل العمودي ونشر لأول مرة في كتاب IAEE تكنولوجيا المصاعدو 18، حرره A. Lustig. تمت إعادة طبعها بإذن من الرابطة الدولية لمهندسي المصاعد IAEE (موقع الويب: www.elevcon.com). هذه الورقة هي إعادة طباعة دقيقة ولم يتم تحريرها بواسطة ELEVATOR WORLD.

كلمات البحث: امان ، باب اتوماتيكي ، حساس بصري

الملخص

تحتوي مستشعرات الستارة الضوئية التقليدية المستخدمة في المصاعد على فجوات بين حزمها مما يجعلها غير فعالة في اكتشاف الأجسام الصغيرة بما يكفي لتلائم الفجوات. للتغلب على هذا الضعف ونقاط الضعف الأخرى في أجهزة استشعار باب المصعد التقليدية ، قمنا بتطوير نظام استشعار باب المصعد البصري الجديد مع منطقة كشف مستوية خالية من الفجوات. يحتوي النظام على شريحتين طويلتين وضيقتين من مصادر الضوء وجهازي استشعار للتصوير مثبتين داخل أعمدة باب المصعد. يمكن لأجهزة الاستشعار اكتشاف أصابع الركاب والأشياء الصغيرة الأخرى ، مما يمنعها من أن تعلق عن طريق فتح الأبواب أو الضغط عليها عن طريق إغلاق الأبواب. كميزة أمان إضافية ، تومض شرائط مصدر الضوء الأحمر لإعلام الركاب عندما تكون أبواب المصعد على وشك الفتح أو الإغلاق.

1. مقدمة

تعتبر سلامة المصعد مهمة جدًا للركاب وجزءًا مهمًا من التصميم الخالي من العوائق. هناك ثلاثة أنواع شائعة من الحوادث التي يمكن أن تحدث على المصاعد - يمكن سحب الأيدي أو الأشياء في الفجوة بين باب الفتح وعمود الباب (حوادث الاصطدام) ، ويمكن أن تنحشر الأيدي أو الأشياء بين الأبواب المغلقة (حوادث القرص) ، ويمكن للركاب الذين يركضون إلى المصعد أن يصطدموا بأبواب الإغلاق (الاصطدامات). يتم استخدام أجهزة استشعار مختلفة حاليًا لمنع هذه الحوادث.

لمنع حوادث الاصطدام (عند فتح الأبواب) ، يتم استخدام أجهزة استشعار بصرية غير ملامسة لاكتشاف ما إذا كانت الأيدي أو الأشياء المحمولة باليد على وشك السحب. لمنع حوادث القرصنة (عند إغلاق الأبواب) ، تستخدم المصاعد أجهزة استشعار مثل تلامس الستائر الضوئية الضوئية وأحذية الأمان الميكانيكية التي تكشف الضغط. لمنع الاصطدامات ، تحتوي المصاعد على أنظمة تستخدم الموجات فوق الصوتية أو الضوء لاكتشاف الركاب أو الأجسام التي تقترب في الردهة.

ومع ذلك ، فإن هذه المستشعرات بها نقاط ضعف معينة. لا يمكنهم دائمًا اكتشاف ما إذا كان كائن أو شخص بالقرب من الأبواب في وضع عرضة للحوادث ، ولا يمكنهم اكتشاف الركاب أو الأشياء من أحجام ومواد معينة. لتحسين سلامة المصعد ، كانت هناك حاجة لتطوير نوع جديد من أجهزة الاستشعار قادرة على معالجة عيوب أجهزة الاستشعار الحالية.

لتلبية هذه الحاجة ، ابتكرنا وطورنا نظام استشعار باب المصعد البصري مع منطقة كشف مستوية. يتغلب النظام الجديد على عيوب أجهزة الاستشعار الحالية ، مما يتيح لمجموعة واحدة من أجهزة الاستشعار منع جميع أنواع حوادث المصاعد الثلاثة الشائعة. بدأنا بتحليل سبب فشل أجهزة الاستشعار المستخدمة حاليًا في اكتشاف كل نوع من الحوادث الشائعة. تصف هذه الورقة نتائج هذا التحليل ، وتصف التكوين ومبدأ الكشف وتشغيل نظام الاستشعار الذي قمنا بتطويره استجابة لذلك.

2. حوادث الأبواب وأجهزة استشعار باب المصعد التقليدية

يصف هذا القسم أنواع الحوادث التي يمكن أن تحدث عند فتح أبواب المصعد أو غلقها ، والطرق التي تستخدمها معدات السلامة الحالية وأجهزة استشعار الأمان لمنعها ، ونقاط ضعفها.

2.1 حوادث الاصطياد (عند فتح الأبواب):

الشكل 1 هو منظر علوي يوضح تكوين أبواب المصعد والهياكل المحيطة. تم تصميم المصاعد بحيث تعمل أبواب الهبوط استجابةً لتشغيل أبواب السيارة. توجد مسافات بين باب كل سيارة وباب هبوط. عندما تفتح الأبواب ، من الممكن أن يتم سحب أيدي الركاب أو الأشياء المحمولة باليد داخل الفجوة بين أحد الأبواب وعمود الباب (النقاط المسماة A في الشكل 1).

يتم استخدام نوعين رئيسيين من أجهزة الاستشعار لمنع هذا النوع من الحوادث. الأول هو جهاز استشعار يكتشف عزم الحمل للمحرك المستخدم لقيادة الأبواب. عندما يتجاوز العزم الإضافي قيمته الحدية ، يرى المستشعر أنه قد تم سحب نوع من الأشياء في الفجوة. لمنع زيادة سحب الجسم للداخل ، فإنه يتوقف عن فتح الأبواب ويبدأ في إغلاقها. ضعف هذا المستشعر هو أنه لا يمكنه اكتشاف الأشياء إلا بعد سحبها إلى الفجوة.

النوع الآخر من المستشعرات المصمم لمنع حوادث الاصطدام هو نوع بصري غير متصل يكتشف الأشياء التي اقتربت من المنطقة المجاورة للفجوة. تقوم هذه المستشعرات بإشعاع الأشعة تحت الحمراء في محيط كل فجوة بين الباب وعامود الباب ، وتكتشف الأشياء التي تعبر أيًا من هذه الحزم كأسباب محتملة لحوادث الاصطدام. نظرًا لأن هذا النوع من أجهزة الاستشعار يتم تشغيله فقط من خلال كسر الحزمة الخاصة به ، فإنه يتمتع بميزة القدرة على اكتشاف الأشياء قبل أن يتم سحبها ، على عكس النوع الأول من أجهزة الاستشعار. لكن نقطة ضعفها تكمن في صعوبة اكتشاف الأيدي الموضوعة في الفجوات بين أشعة الأشعة تحت الحمراء وأعمدة الأبواب ، نظرًا لأن أشعة الأشعة تحت الحمراء لا تغطي جميع المناطق التي يمكن سحب اليدين إليها.

2.2 حوادث القرص (عند إغلاق الأبواب):

يمكن أن تصبح الأيدي أو الأشياء المحمولة باليد مقروصة بين حواف إغلاق أبواب المصعد (النقاط المسماة B في الشكل 1). أجهزة الاستشعار المستخدمة حاليًا لمنع هذا النوع من الحوادث تكتشف الأشياء بين الأبواب ، وتعيد فتح الأبواب المغلقة عند اكتشاف جسم ما.

مرة أخرى ، يتم استخدام نوعين رئيسيين من أجهزة الاستشعار لمنع هذا النوع من الحوادث. النوع الأكثر شيوعًا هو حذاء الأمان الميكانيكي. يكتشف هذا المستشعر ضغط جسم يلامس حافة الباب ، ويحدد وجود عائق عندما يتجاوز الضغط القيمة المحددة مسبقًا. ومع ذلك ، نظرًا لأن هذا المستشعر لا يتم تشغيله إذا كان الضغط المطبق لا يتجاوز القيمة المحددة مسبقًا ، فإنه يواجه صعوبة في اكتشاف الأقمشة أو الأوتار الناعمة.

النوع الآخر الشائع من أجهزة الاستشعار هو النوع البصري غير المتصل ، مثل الستائر الخفيفة. تقوم هذه المستشعرات بتسليط أشعة تحت الحمراء متعددة بين الأبواب لاكتشاف العوائق ، بحيث يمكن الكشف عن الأقمشة الناعمة والخيوط التي يصعب على أحذية الأمان التعامل معها. يكمن ضعف هذه المستشعرات في أن الفجوات بين حزمها تمنعها من اكتشاف أي جسم صغير بما يكفي ليتناسب بين الفجوات.

2.3 الاصطدامات (عند إغلاق الأبواب)

إلى جانب حوادث القرص ، النوع الآخر من الحوادث التي يمكن أن تحدث عند إغلاق أبواب المصعد يحدث عندما لا يتوقع الركاب الذين يحاولون الصعود على متن الطائرة أن الأبواب على وشك البدء في الإغلاق ، وتصطدم بأبواب الإغلاق. تستخدم المستشعرات المستخدمة حاليًا لمنع هذا النوع من الحوادث أشعة الموجات فوق الصوتية والأشعة تحت الحمراء لاكتشاف الركاب الذين يقتربون من المصعد. لكن قد يكون الراكب الذي يركض إلى المصعد سريعًا جدًا بحيث لا يمكن إعادة فتح الأبواب في الوقت المناسب بعد تشغيل المستشعر ، مما يؤدي إلى اصطدام الراكب بالأبواب.

2.4 حوادث الأبواب

كما هو موضح في الأقسام 2.1 إلى 2.3 ، فإن المستشعرات المستخدمة حاليًا لمنع حوادث الاصطياد وحوادث القرص تواجه صعوبة في اكتشاف المواد اللينة مثل الأقمشة أو الخيوط والأشياء الصغيرة (الرقيقة). تواجه المستشعرات الحالية أيضًا صعوبة في منع الاصطدامات بين الأبواب والركاب الذين يركضون للصعود إلى المصعد. يسرد الجدول 1 سيناريوهات الحوادث التي يصعب اكتشافها وسبب الصعوبة في كل حالة.

لتحسين سلامة المصعد ، قمنا بفحص وتطوير نظام استشعار باب المصعد البصري مع منطقة كشف مستوية تتغلب على نقاط الضعف الموضحة ويمكنها منع جميع أنواع الحوادث الشائعة الثلاثة.

3. نظام استشعار باب المصعد البصري مع منطقة الكشف المستوية

تصف الأقسام أدناه التكوين المحدد لكل وحدة نظام.

3.1 نظرة عامة على النظام

للعثور على طريقة للتغلب على نقاط ضعف أجهزة الاستشعار في الاستخدام الحالي (تمت مناقشتها في القسم 2) وتطوير نظام يمكنه منع جميع أنواع الحوادث الشائعة الثلاثة (حوادث الاصطدام وحوادث القرص والاصطدامات) بمجموعة واحدة فقط من أجهزة الاستشعار ، ابتكر نظام استشعار بصري لباب المصعد مع منطقة كشف مستوية تغطي مستوى الباب بالكامل. كما قمنا بإعطاء النظام وظيفة إشارة تعتمد على الضوء. يتم وصف ميزات النظام أدناه.

• يمكن لأجهزة الاستشعار البصرية اكتشاف الأجسام اللينة قبل وقوع الحوادث.
• 
  لتمكين الاكتشاف دون الاتصال الجسدي ، قمنا بتطوير أجهزة استشعار بصرية لا تلامس. لمنع حوادث الاصطدام ، يمكن لأجهزة الاستشعار الخاصة بنا اكتشاف العوائق قبل وقوع الحوادث - وهو أمر مستحيل مع أجهزة الاستشعار التي تكتشف عزم دوران الحمولة. لمنع حوادث القرص ، يمكن لأجهزة الاستشعار الخاصة بنا اكتشاف الأقمشة والخيوط الناعمة - التي يصعب استخدامها مع أحذية الأمان.

• يمكن أن تكتشف منطقة الكشف المستوي الخالية من الفجوات الأجسام الصغيرة (الرفيعة)
• 
  من بين مستشعرات الأشعة تحت الحمراء المستخدمة حاليًا ، حتى الأنواع التي تستخدم أشعة تحت حمراء متعددة مثل الستائر الضوئية تجد صعوبة في اكتشاف الأجسام الصغيرة في الفجوات بين الحزم. للتغلب على هذا الضعف ، قمنا بتطوير شرائط مصدر ضوء جديدة أصلية تولد منطقة كشف مستوية بدون ثغرات. يمكن لمصادر الضوء هذه اكتشاف جميع الأشياء التي تدخل المنطقة تقريبًا ، حتى الأشياء الصغيرة مثل الإصبع.

• يمكن أن تمنع منطقة الكشف التي تغطي مستوى الباب بالكامل تقريبًا حوادث الاصطدام والقرص
• معا
• 
  من بين مستشعرات الأشعة تحت الحمراء المستخدمة حاليًا ، حتى الأنواع التي تستخدم أشعة تحت حمراء متعددة مثل الستائر الضوئية تجد صعوبة في اكتشاف الأجسام الصغيرة في الفجوات بين الحزم. للتغلب على هذا الضعف ، قمنا بتطوير شرائط مصدر ضوء جديدة أصلية تولد منطقة كشف مستوية بدون ثغرات. يمكن لمصادر الضوء هذه اكتشاف جميع الأشياء التي تدخل المنطقة تقريبًا ، حتى الأشياء الصغيرة مثل الإصبع.

• أضواء النظام لإعلام الركاب عندما توشك الأبواب على الإغلاق
• 
  من خلال السماح للركاب بالتوقع عندما تكون الأبواب على وشك البدء في الإغلاق ، يمنع النظام الركاب الذين يركضون للمصعد من الاصطدام بأبواب الإغلاق.

لدمج كل هذه الميزات ، قمنا بتطوير نظام استشعار بصري أصلي يتألف من وحدات التصوير وشرائط مصدر الضوء.

3.2 مبدأ التكوين والكشف

تصف الأقسام أدناه التكوين المحدد لكل وحدة نظام.

3.2.1 التكوين

يتكون النظام من شريطين من شرائط مصدر الضوء لكل منهما منطقة كشف مثلثة ووحدات التصوير المقابلة لها. يعمل شريطا مصدر الضوء معًا لتشكيل منطقة كشف مستوية مستطيلة. يتم تثبيت شرائط مصدر الضوء عموديًا على طول أعمدة الباب. تتكون وحدات التصوير من عدسة وعنصر تصوير. يتم تثبيت كل منها على عمود الباب مقابل شريط مصدر الضوء المقابل لها ، بزاوية لوضع جميع مصادر الضوء في مجال رؤيتها. تقوم وحدات التصوير بتصوير شرائط مصدر الضوء الطويلة والضيقة ، وتكتشف أي جسم يدخل بينها وبين كل شريط مصدر ضوء من خلال اكتشاف الفواصل في صورة مصدر الضوء.

يوضح الجانب الأيسر من الشكل 2 تكوين المستشعر. يوضح الشكل 2 (أ) صورة مصدر الضوء عند عدم دخول أي كائن إلى منطقة الكشف. يوضح الشكل 2 (ب) مثالاً على صورة مصدر الضوء عند دخول كائن إلى المنطقة. شرائط مصدر الضوء وبصريات وحدة التصوير اللازمة للتغلب على الصعوبات الفنية المختلفة لتنفيذ الميزات الموضحة في القسم 3.1 وتمكين النظام من التركيب في مصاعد بأحجام مختلفة من الأبواب. فيما يلي وصف لميزات شرائط مصدر الضوء ووحدات التصوير.

• شرائط مصدر الضوء
• 
  بالإضافة إلى وظيفتها الأساسية كمصادر ضوء للكشف البصري ، فإن لمصادر ضوء النظام أيضًا وظيفة تتيح لها العمل كأضواء عرض لإشارة الركاب. يتطلب تنفيذ وظيفتهم الأساسية إنشاء شرائط مصدر الضوء غير المنقطعة والتي من شأنها إنشاء منطقة كشف مستوية خالية من الفجوات. للقيام بذلك ، قمنا بتحسين الفاصل الزمني لوضع مصابيح LED الحمراء في كل شريط ، وقمنا بتركيب ألواح نشر الضوء لتمكين انبعاث الضوء المستمر بكثافة موحدة. نتج عن هذا التصميم مصادر الضوء التي تخلق منطقة كشف مستوية خالية من فجوات مناطق الكشف التقليدية على شكل خط.

• وحدات التصوير
• 
  لاكتشاف الأجسام الصغيرة في أي نقطة تقريبًا في المستوى الأمامي بأكمله وتمكين الاستخدام في العديد من أنواع المصاعد المختلفة ، يجب أن تكون وحدات التصوير صغيرة وأن تدعم مجموعة متنوعة من عروض الأبواب دون إعادة التركيز. بينما كان التغلب على هاتين المشكلتين أمرًا صعبًا ، فقد أتاح تحسين تصميم العدسة شبه الكروية توفير عمق مجال كبير (2,200 مم) وزاوية رؤية عريضة (66 درجة) مع الحفاظ على إجمالي طول وحدة العدسة أقل من 10 مم.

3.2.2 مبدأ الكشف

كما هو مبين في الشكل 2 (أ) ، عندما لا يكون هناك كائن في منطقة الكشف ، تكتشف كل وحدة تصوير الصورة غير المقطوعة التي تم إنشاؤها بواسطة شريط مصدر الضوء الخاص بها. عندما يدخل كائن إلى منطقة الاكتشاف ، فإنه يعطل جزءًا من الضوء الساطع على أي من وحدات التصوير من شريط مصدر الضوء الخاص به ، ويؤدي إلى حدوث فاصل في الصورة كما هو موضح في
الشكل 2 (ب). يستخدم نظام الاستشعار هذه للكشف عن الأشياء في منطقة الكشف.

3.3 مواصفات النظام

يوضح الجدول 2 المواصفات الرئيسية لنظام الاستشعار لدينا. تدعم منطقة الكشف المستوي أبواب ارتفاعها 1,800 مم وأي عرض يتراوح بين 800 و 1,200 مم. يمكنه الكشف عن جميع الأجسام غير الشفافة التي يزيد قطرها عن 9 مم في أي نقطة في هذه المنطقة. يمكنه الكشف عن الأجسام الرقيقة في بعض المواقع ، ويمكنه اكتشاف أجسام بقطر 3 مم في منتصف فتحة الباب. نظرًا لاستخدام مصادر الضوء أيضًا لتنبيه الركاب ، فقد اخترنا اللون الأحمر كلون لمصدر الضوء لاستخدامه الشائع كلون تحذير. تضيء مصادر الضوء من ارتفاع قريب من الأرض إلى ارتفاع حوالي 1,800 مم ، مما يجعلها مرئية بسهولة من قبل الركاب الذين لديهم خطوط نظر متفاوتة على نطاق واسع ، تتراوح في العمر من الأطفال إلى الكبار إلى كبار السن. يوضح الشكل 2 منطقة المظهر والكشف لنظام الاستشعار المركب في عربة المصعد.

3.4 جهاز الاستشعار وتشغيل الباب

لمنع حوادث الاصطدام (من فتح الأبواب) ، وحوادث القرصنة أو الاصطدامات (من إغلاق الأبواب) ، تحتاج أنظمة الاستشعار إلى القيام بأكثر من مجرد اكتشاف العوائق - فهي تحتاج أيضًا إلى فتح وإغلاق أبواب المصعد في التوقيت المناسب أثناء تشغيل المصعد . تكتشف وحدات المستشعر في نظامنا العوائق وتومض مصادر الضوء الخاصة بها بالتزامن مع عمليتي فتح الباب وإغلاقه. تتحكم وحدة التحكم في المصعد في عملية فتح / إغلاق الباب وتشغيل الرسائل الصوتية المسجلة المحددة وفقًا لحالة الكشف. تم تصميم عمليات التحكم في المستشعر والمصعد للحفاظ على كفاءة العمليات الروتينية للمصعد. تصف الأقسام أدناه العملية التي تم إجراؤها لمنع كل نوع من أنواع الحوادث.

3.4.1 منع حوادث الاصطياد

عندما تتحرك عربة المصعد ، يقوم النظام بإيقاف تشغيل الكشف عن أجهزة الاستشعار ومصادر الضوء. قبل وصول السيارة إلى أرضية الوجهة ، يبدأ النظام في وميض مصادر الضوء ويبدأ اكتشاف المستشعر. إن البدء في وميض مصادر الضوء في هذه المرحلة الزمنية يتيح للركاب في السيارة توقع موعد بدء فتح الأبواب وتنبيههم. إذا اكتشف جهاز استشعار وجود عائق في هذا الوقت ، قبل فتح الأبواب ، يقوم النظام بتشغيل رسالة صوتية مسجلة لتنبيه الركاب إلى أن الأبواب على وشك الفتح وتطالبهم بالابتعاد عن الأبواب. إن تأخير بدء تشغيل الباب المفتوح يمنح الركاب وقتًا للابتعاد عن الأبواب. عندما تبدأ عملية فتح الباب ، تتوقف مصادر الضوء عن الوميض وتتوقف عملية الكشف. يتوقف الاكتشاف لمنع حدوث انخفاض في كفاءة التشغيل الروتيني بسبب الاكتشاف غير الضروري للركاب الذين يحاولون الخروج من الفجوة بين الأبواب المفتوحة. تساعد العمليات الموضحة في هذا القسم على منع حوادث الاصطدام.

3.4.2 منع حوادث القرص

عندما يكتشف النظام وجود عائق قبل بدء إغلاق الأبواب ، فإنه يقوم بإيقاف تشغيل مصادر الضوء ويمدد وقت انتظار الفتح الكامل. إذا لم يكتشف عائقًا ، فإنه يبدأ في إغلاق الأبواب ، ويومض مصادر الضوء ويواصل عملية الكشف. إذا اكتشف النظام وجود عائق أثناء إغلاق الأبواب ، فإنه يقوم بإغلاق مصادر الضوء ويبدأ في فتح الأبواب مرة أخرى. إذا لم يكتشف أي عائق ، فإنه يواصل عملية الكشف حتى يتم إغلاق الأبواب.

3.4.3 منع الاصطدامات

أثناء فتح الأبواب ، يقوم النظام بإيقاف تشغيل مصادر الضوء. ثم تبدأ من حوالي ثانية واحدة قبل أن تبدأ الأبواب في الإغلاق ، تومض مصادر الضوء وتبدأ عملية الكشف. يتيح وميض مصادر الضوء قبل إغلاق الأبواب للركاب القادمين توقع موعد إغلاق الأبواب ، مما يمنع الاصطدام بها.

4. الخلاصة

لتحسين سلامة ركاب المصعد ، قمنا بتطوير نظام استشعار بصري جديد غير متصل بمنطقة كشف مستوية خالية من الفجوات. يمكن للنظام منع جميع الأنواع الثلاثة الشائعة من حوادث المصاعد (حوادث الاصطدام وحوادث القرص والاصطدامات) باستخدام مجموعة واحدة فقط من أجهزة الاستشعار. يمكنه اكتشاف المواد الناعمة والأشياء الصغيرة بما يكفي للانزلاق بين فجوات الحزمة في المستشعرات التقليدية ، بينما تتضاعف مصادر الضوء الخاصة بها كأضواء للعرض لمنع الاصطدامات. تم إطلاق نظام الاستشعار هذا بالفعل كمنتج.