Detectores de obstrucciones: una revisión histórica

Una revisión de los sensores de puerta desde la década de 1950 hasta la actualidad.

Un problema importante con las puertas de los elevadores automáticos es el riesgo de que los pasajeros se lesionen debido a los impactos de las puertas. Las empresas de ascensores han utilizado varios dispositivos alternativos para proteger a los pasajeros, que van desde simples zapatos de seguridad mecánicos hasta sofisticados sistemas de rayos infrarrojos. Esta es una revisión de dichos dispositivos desde aproximadamente la década de 1950 hasta la actualidad.

Sensores de impacto mecánicos

Uno de los métodos más comunes de protección de los pasajeros es conectar una banda de protección de bordes suaves a un sensor de presión de microinterruptor. Este dispositivo invierte el movimiento de la puerta si el interruptor se activa por contacto del amortiguador con un pasajero. Se basa en un impacto mecánico y, por lo tanto, no en un sensor "sin contacto". Sin embargo, limita la fuerza aplicada y evita que las extremidades queden atrapadas en el umbral de la puerta. Tales zapatos de seguridad todavía se usan comúnmente en instalaciones más antiguas, pero su volumen y costo los han eliminado de las modernas cabinas de ascensor ligeras. Los zapatos mecánicos son propensos a dañarse o desgastarse debido al funcionamiento diario y sus contactores eléctricos pueden corroerse. Esto puede generar un tiempo de inactividad y gastos considerables mientras se realizan las reparaciones. Se han desarrollado soluciones electrónicas (inicialmente basadas en capacitancia y ahora principalmente basadas en infrarrojos (IR)), que se pueden instalar rápidamente sin ajustes in situ y con la ventaja de proteger las puertas de daños. Por lo tanto, se reduce la necesidad de un costoso mantenimiento no planificado. Algunos dispositivos de seguridad dual combinan una zapata mecánica con un sistema de haz infrarrojo, proporcionando detección sin contacto y respaldo mecánico en caso de falla electrónica de los haces infrarrojos.

Sensores de proximidad de capacitancia

Algunos de los primeros dispositivos sin contacto usaban capacitancia entre el sensor y un pasajero como medio para detectar la presencia de una obstrucción. Los sensores de los modelos Otis "A" y "B" anteriores usaban esta técnica para detectar pasajeros desequilibrando un circuito puente capacitivo. El puente fue impulsado con una onda cuadrada de 50 kHz y la detección se realizó detectando una diferencia de nivel de señal de 50 kHz en las dos mitades de las antenas del puente de alambre en el borde de la puerta. Este dispositivo tenía un alcance corto de aproximadamente 50 mm, y las puertas a menudo aún se golpeaban entre sí debido al avance del impulso de la puerta, pero el impacto fue relativamente suave. Los mayores problemas con los dispositivos anteriores fueron la desviación del equilibrio del puente y los efectos negativos de una conexión a tierra deficiente de la puerta. El revestimiento metálico de la puerta a menudo tendría un contacto de tierra deficiente e intermitente, debido a los cojinetes resistivos en el brazo del operador o el cable del mecanismo de alimentación, y la variación en la resistencia de contacto inyectaría grandes señales de ruido en el puente, lo que a menudo provocaba falsos disparos.

Se observó alguna mejora con la introducción del modelo Memco “R” en 1980, que utilizaba un circuito de detección acoplado a CA más estable y podía alcanzar unos 100 mm de alcance. Sin embargo, desde finales de la década de 1980, el detector de proximidad capacitivo se ha desvanecido a medida que se han introducido sistemas de infrarrojos más confiables, pero la tecnología tiene el potencial de reaparecer a medida que los dispositivos de interruptor táctil mejorados basados ​​en microprocesadores hacen que la detección de capacitancia sea más práctica.

Infrarrojos de proximidad

Si bien la detección basada en capacitancia es de corto alcance y propensa a la inestabilidad, es posible diseñar un detector de proximidad infrarrojo reflectante con un rendimiento generalmente bueno. A fines de la década de 1980, se introdujeron los dispositivos de proximidad reflectantes, que en ese momento tuvieron cierto éxito en el mercado principalmente basado en capacitancia. Algún tiempo después, Memco presentó el Panaflect, un sistema de proximidad por infrarrojos con un alcance de aproximadamente 200 mm, que fue lo suficientemente bueno para superar los problemas de funcionamiento de la puerta de los detectores de capacitancia. Estos detectores emitieron múltiples rayos infrarrojos en un patrón de abanico vertical y utilizaron fotodiodos para detectar reflejos IR de los pasajeros cercanos. Una señal fuerte, presente en solo unos pocos receptores, se interpretó como una obstrucción válida, mientras que una señal aproximadamente igual en todos los receptores se consideró como un poste de cierre que se acercaba. El sistema de proximidad ayuda a acelerar los tiempos de tránsito del ascensor (no se genera una detección para cada pasajero que ingresa a la puerta, a diferencia de los detectores infrarrojos normales), pero estos dispositivos reflectantes eran costosos de fabricar y desde entonces han caído en desgracia.

Sistemas de rayos infrarrojos

Los detectores de rayos infrarrojos se han convertido en uno de los tipos de sensores de obstrucción más populares que se utilizan en la actualidad. Los rayos infrarrojos proporcionan una excelente cobertura de la apertura de la puerta, son insensibles al ruido electrónico y se han vuelto económicos a medida que la tecnología ha mejorado. Los primeros dispositivos de este tipo usaban poco más que una lámpara de filamento como transmisor y una celda de selenio como receptor, y eran bastante poco confiables, pero la lámpara de filamento ahora se reemplaza con un LED infrarrojo y la celda de selenio con un fotodiodo de silicio, lo que proporciona una mejora. en rendimiento y confiabilidad.

La mayoría de los sistemas de haz de infrarrojos constan de una columna de conjuntos multiplexados de LED de infrarrojos en una puerta, con un número igual de fotodiodos multiplexados en la puerta opuesta. La zona sensible es esencialmente continua desde justo por encima del umbral de la cabina hasta aproximadamente 1.8 m de altura. Los chips de microcontroladores en cada borde generan los patrones de escaneo requeridos y miden la fuerza de la señal para cada haz por turno. Se supone que cualquier haz que mida por debajo de un umbral preestablecido está bloqueado por un pasajero u otra obstrucción, y el sistema activará el relé de apertura de la puerta. Es importante aclarar la diferencia entre el número de diodos y haces. La Figura 2 muestra el patrón de haz de un detector típico de 18 diodos. Cuando se opera en modo solo en paralelo, el número de haces es equivalente al número de diodos.

Hay varias combinaciones diferentes de patrones de exploración disponibles para los diseñadores, pero la más común es una combinación de haces paralelos y ligeramente diagonales para lograr la mejor densidad de cuadrícula de haces. El uso de haces diagonales proporciona una densidad de haz mucho mayor y, por lo tanto, se detectan objetos más pequeños en la mayor parte del área de detección. Sin embargo, debido a la naturaleza del patrón del haz, el tamaño mínimo de obstrucción que siempre se detectará suele ser ligeramente mayor que la separación de diodos en uno de los bordes del detector. El tamaño mínimo del objeto detectable determina en gran medida la cantidad de LED en el sistema. Los dispositivos de haz más antiguos a menudo tienen un gran espaciado de diodos con tan solo ocho diodos por lado, ya que el costo de estos componentes fue un factor importante en su diseño. Las versiones modernas suelen estar equipadas con 32 o 40 diodos. Un sistema de 40 diodos debería poder detectar de forma fiable objetos de 50 mm de diámetro. Actualmente se propone un tamaño de detección mínimo de 50 mm como interpretación oficial del Comité Europeo de Normalización de la norma europea EN 81-70. Normas de seguridad para la construcción e instalación de ascensores.

Recientemente, se ha vuelto popular instalar sistemas de vigas en soportes fijos, generalmente en los extremos de los rieles de las puertas. Tales instalaciones están bien protegidas contra vandalismo y daños casuales, y los cables ya no necesitan resistir la continua flexión de los movimientos de la puerta. Como las puertas ocultan grandes porciones de la cuadrícula de haces, incluso cuando están abiertas, es posible que se utilicen formatos de escaneado inusuales. Uno de ellos es el Memco Panatech, que reduce el recuento de diodos del receptor a solo cuatro, mientras mantiene un patrón de haz de alta densidad a través de la apertura de la puerta accesible.

Regulaciones europeas

EN 81-70: 2003 5.2.4 establece:

“El dispositivo de protección requerido por 7.5.2.1.1.3 de EN 81-1-2: 1998 y EN 81-2: 1998 cubrirá la abertura en la distancia entre al menos 25 mm y 1,800 mm por encima del umbral de la puerta de la cabina, p. , cortina de luz. El dispositivo será un sensor que evite el contacto físico entre el usuario y los bordes de ataque de los paneles de la puerta que se cierran ”.

Para un detector de infrarrojos, esto establece efectivamente la altura máxima del diodo más bajo y la altura mínima del diodo más alto. Como puede verse, la normativa europea que cubre los dispositivos de protección en las puertas de las cabinas de ascensor es extremadamente limitada. Esto no es cierto para las cortinas de luz que no son de ascensor diseñadas para aplicaciones relacionadas con la seguridad. Dichas aplicaciones están cubiertas por IEC 61496. La primera parte de la norma, IEC 61496-1, establece los requisitos generales y las pruebas necesarias para los equipos de protección electrosensible (ESPE), incluidas las pruebas de funcionalidad (por ejemplo, tiempo de respuesta y número de salidas). , diseño (por ejemplo, suministro eléctrico y software) y estrés ambiental (por ejemplo, estrés y vibración mecánica).

La segunda parte de la norma, IEC 61496-2, trata de los dispositivos de protección optoelectrónicos activos, el tipo más común de ESPE. Los requisitos ópticos para tales dispositivos se especifican en esta parte de la norma, incluida la inmunidad a varios tipos de iluminación y reflexión de derivación, los cuales son importantes en las aplicaciones de ascensores. Hasta que no haya una revisión fundamental del diseño aplicable y los requisitos de prueba para las cortinas de luz de la industria de los ascensores, los especificadores de equipos deberán confiar en que sus cortinas de luz protegerán a los clientes en un entorno cada vez más litigioso. 

Sistemas avanzados de rayos infrarrojos

La naturaleza de los sistemas de haces básicos impide la detección de objetos que no se cruzan con el plano estrecho que une las bandas detectoras TX y RX. Esto deja la puerta del rellano relativamente desprotegida, ya que el patrón del haz suele estar 50 mm o más detrás del borde de ataque de la puerta del rellano. Para superar este problema, Memco introdujo el concepto 3D a mediados de la década de 1990. Un detector 3D extiende la región sensible hacia el área delante de las puertas del rellano mediante el uso de luz infrarroja reflejada por los pasajeros que se acercan. Una serie de LED infrarrojos y fotodiodos están inclinados en un ángulo de aproximadamente 45 ° con respecto al plano de detección 2D de tal manera que los fotodiodos no pueden recibir una señal a menos que la luz infrarroja se refleje desde una superficie vertical en el área de aproximación en el rellano.

Dado que el sistema 3D se basa en la reflexión de infrarrojos, su sensibilidad se ve algo afectada por el color de la ropa que usan los pasajeros, pero se ha descubierto que incluso los tintes oscuros suelen ser muy reflectantes de infrarrojos. El 3D es especialmente útil para entornos con pasajeros que se mueven lentamente, como en hospitales y viviendas protegidas, pero también se ha vuelto popular en centros comerciales y bloques de oficinas. Es mejor usarlo en áreas de poco tráfico para evitar atracos innecesarios debido a personas que pasan las puertas y activan el 3D. Se encuentran disponibles varios formatos de montaje del detector, pero todos requieren que los bordes se coloquen en o cerca del borde delantero de las puertas, de modo que el sistema reflectante pueda "ver" en la zona de aterrizaje (Figura 4).

Un desarrollo del sistema 3D (aunque no se limita a los detectores 3D) es la serie Panachrome de detectores de "advertencia visual" patentados por Memco. Estas variantes se introdujeron por primera vez en las tiras de luz y detectores Chromaline de principios de la década de 2000, pero fueron reemplazadas rápidamente por versiones integradas. Panachrome incorpora luces LED visibles y guías de luz para mostrar el estado de los movimientos de las puertas a los pasajeros que se acercan. Las guías de luz suelen tener la forma de barras de 100 mm X 6 mm en una columna vertical que cambian entre verde fijo para "entrar sin peligro" y rojo intermitente para "puertas cerrándose". Panachrome es popular para aplicaciones de alta gama en hoteles y oficinas de lujo, pero también es muy adecuado para hospitales, etc., donde un sistema de advertencia puede ser útil para ralentizar a los pasajeros en movimiento.

En el futuro previsible, es poco probable que el detector de rayos infrarrojos sea reemplazado por una tecnología innovadora. Cuando se incorporan buenos principios de diseño y se prueban completamente en una amplia variedad de entornos, la tecnología de infrarrojos es segura y eficaz.