Dispositivi di riapertura delle porte: una prospettiva sul campo

Le barriere fotoelettriche e i loro punti ciechi sono spiegati in questo articolo Focus su porte e sensori.

di Lakshmanan Raja

Il rischio che gli ascensori con porte non motorizzate (come porte a battente e scorrevoli manuali) si chiudano su un passeggero che sta salendo e scendendo è molto ridotto. Tuttavia, è necessario controllare tale rischio con un sistema di porte automatiche. Ciò richiede la necessità che i dispositivi di rilevamento rilevino la presenza di un passeggero all'ingresso (o più vicino) e avviino la riapertura. Ci sono requisiti di codice che disciplinano questo (Tabella 1). Questi dispositivi di rilevamento/bordi sono chiamati "dispositivi di protezione" in "Porte motorizzate automatiche" nella clausola 81 (b) della norma EN 20-5.3.6.2.2.1 e "dispositivi di riapertura" in ASME A17.1 Regola 2.13.5.

Il codice non è un manuale di progettazione, quindi non specifica il tipo di dispositivo per soddisfare i suoi requisiti. Tuttavia, una varietà di dispositivi lo fa. Il metodo tradizionale per fornire protezione consisteva nell'utilizzare bordi di sicurezza meccanici retrattili. Ciò richiede il contatto fisico tra il bordo protettivo e la persona o l'oggetto da rilevare. Sono attivati ​​meccanicamente: i bordi protettivi vengono spinti nella direzione opposta a quella del movimento della porta, provocando l'apertura dei contatti degli interruttori, che avvia il controller della porta per l'arresto, invertendo il movimento della porta.

obiettivi formativi

Dopo aver letto questo articolo, dovresti aver appreso:

• I requisiti del codice delle barriere fotoelettriche e dei dispositivi di riapertura delle porte
• Il funzionamento di coste di sicurezza meccaniche e barriere fotoelettriche utilizzando disposizioni orizzontali e incrociate
• La risoluzione delle disposizioni a fascio orizzontale rispetto a quelle incrociate
• Le sfide dell'utilizzo di disposizioni a travi incrociate e come superarle
• Come selezionare il modello di barriera fotoelettrica giusto per la situazione corretta e ottenere la risoluzione del codice richiesta

Poiché il funzionamento dei bordi di sicurezza meccanici retrattili è di natura meccanica, i dispositivi sono soggetti a usura, quindi la manutenzione e l'ispezione e la regolazione periodiche svolgono un ruolo fondamentale per garantire il loro corretto funzionamento. Allo stesso tempo, per soddisfare il requisito di accessibilità, oltre alla costa di sicurezza meccanica, hanno iniziato ad essere utilizzati sensori infrarossi a raggio singolo. Sulla porta sono installate due coppie di unità trasmittente (Tx) e ricevente (Rx), con la scatola di controllo solitamente situata nella parte superiore della cabina. I raggi infrarossi (IR) vengono trasmessi dal trasmettitore al rispettivo ricevitore. Quando i raggi vengono interrotti, la porta si ferma e si riapre. Il vantaggio principale dell'utilizzo di un tale raggio di luce è il suo rilevamento senza contatto.

Con il proseguimento dello sviluppo, è stata introdotta una disposizione a più raggi IR chiamata "barriera fotoelettrica". Questo ha sostituito la costa di sicurezza meccanica ma ha comunque fornito la protezione richiesta dal codice. Nella disposizione della barriera fotoelettrica, invece di due raggi a punta, più raggi IR si estendono da 25 mm sopra il livello della soglia della cabina fino a un'altezza di 1,600 mm. Ciò si ottiene disponendo di una serie di più emettitori nell'unità Tx e rilevatori nell'unità Rx. Ciascuna coppia emettitore/rilevatore opera in sequenza per verificare se il percorso del raggio è intatto. È necessario bloccare un solo raggio affinché un segnale di attivazione venga inviato al controller per riaprire le porte. Quindi, la dimensione minima dell'oggetto che può essere rilevata è uguale a uno spazio tra il centro dei raggi e la dimensione di un raggio. La sfida di questo tipo di dispositivo, rispetto alla costa di sicurezza meccanica (che non ha punti ciechi), è che potrebbero esserci punti ciechi a seconda della distanza tra i raggi.

Disposizioni dei raggi

Le barriere fotoelettriche comunemente disponibili sul mercato utilizzano due tipi di disposizione dei raggi: orizzontale e incrociata.

Orizzontale

Questo tipo di barriera fotoelettrica utilizza un semplice insieme di disposizioni di scansione a raggio orizzontale parallelo. Il numero di raggi è uguale al numero di coppie emettitore/rivelatore (Figura 1). L'area di scansione copre la distanza di apertura tra almeno 25 mm e 1,600 mm sopra la soglia della portiera dell'auto. La risoluzione è di 50 mm di diametro, come richiesto dal codice.

Ad esempio, si consideri un sistema di barriere fotoelettriche con 17 fasci orizzontali (Figura 1). La trave più in basso è posizionata in modo tale che la sua distanza dal davanzale più il suo diametro della trave sia inferiore o uguale a 25 mm. Questo viene fatto per soddisfare il requisito del codice di avviare la zona di protezione ad una distanza verticale di almeno 25 mm dal livello della soglia. I restanti 16 raggi verranno utilizzati per coprire la distanza di 1,600 mm – 25 mm = 1,575 mm. La distanza tra il centro del raggio e il suo diametro è 1,575 mm/16 = 98.44 mm. Ciò significa che un oggetto di dimensioni inferiori a 98.44 mm non verrà rilevato. Quindi, la risoluzione di questa disposizione è 98.44 mm, che non soddisfa la risoluzione richiesta dal codice di 50 mm. Per soddisfare questo requisito, è necessario quanto segue: 1,575 mm/50 mm = 31.5: 32 raggi più un raggio inferiore. In totale, sono necessarie almeno 33 coppie emettitore/rivelatore per disposizioni a fascio orizzontale.

È importante notare nella Figura 1 che la risoluzione di una tale disposizione orizzontale del raggio è costante in tutta l'area di copertura, ad eccezione dell'area tra il davanzale e il primo raggio, dove è di almeno 25 mm.

Incrociato

Poiché la risoluzione della barriera fotoelettrica dipende dalla distanza del raggio e dal diametro del raggio, ciascun rivelatore in una disposizione a raggio incrociato è programmato per scansionare più emettitori. Pertanto, il numero di raggi è aumentato, il che si traduce in una riduzione dello spazio tra ciascuno. Se ogni rivelatore scansiona tre emettitori, la disposizione viene chiamata "a tre vie" e se ogni rivelatore scansiona cinque emettitori, viene chiamata "a cinque vie" (Figure 2b e 2c, rispettivamente). In una disposizione di scansione a tre vie, ciascun rilevatore eseguirà una scansione orizzontale, una scansione angolata verso il basso e una scansione angolata verso l'alto. Una disposizione a cinque vie avrà una scansione orizzontale, due angolate verso l'alto e due angolate verso il basso.

Le disposizioni di scansione sono programmate nell'algoritmo di controllo del sensore e vincolate dalla capacità dell'ottica del rivelatore/emettitore. Dalle Figure 1 e 2a sappiamo che una barriera fotoelettrica con 17 coppie emettitore/rivelatore che utilizzano raggi orizzontali non è in grado di soddisfare i requisiti del codice. Tuttavia, utilizzando le stesse 17 coppie emettitore/rilevatore in una disposizione incrociata e aggiungendo una scansione inclinata verso l'alto e verso il basso (Figura 2b), siamo in grado di soddisfare la risoluzione richiesta dal codice in determinate aree (mostrate in verde). Una disposizione di scansione a cinque vie aumenta ulteriormente quest'area (Figura 2c). Riassumere:

• La Figura 2a mostra 17 coppie emettitore/rilevatore che utilizzano una disposizione di scansione orizzontale, che non è in grado di soddisfare la risoluzione richiesta dal codice.
• La Figura 2b mostra 17 coppie emettitore/rilevatore che utilizzano disposizioni incrociate a tre vie in cui 15 rilevatori scansionano tre emettitori ciascuno. I rilevatori più in alto e più in basso scansionano due emettitori ciascuno. Raggi totali: 49
• La Figura 2c mostra 17 coppie emettitore/rilevatore che utilizzano disposizioni incrociate a cinque vie in cui 13 rilevatori scansionano cinque emettitori ciascuno. Rx16 e Rx2 scansionano solo quattro emettitori ciascuno. Rx17 e Rx1 scansionano solo tre emettitori ciascuno. Fasci totali: 79 La Figura 2 ha mostrato che, a differenza della scansione orizzontale, la disposizione della scansione incrociata può soddisfare la risoluzione del codice con meno elementi ottici. Tuttavia, ci sono alcune sfide: la risoluzione non è costante in tutta l'area di copertura e si osservano risoluzioni scadenti vicino ai bordi del sensore e tra i bordi del sensore (zone 1 e 2, rispettivamente, nella Figura 2).

La risoluzione complessiva dipende da fattori quali:

• Distanza verticale tra emettitori o rilevatori consecutivi
• Numero di raggi scansionati da ciascun rivelatore
• Distanza orizzontale tra il bordo Tx/Rx (array). Considerando la scarsa risoluzione nella zona 1, che è più vicina ai bordi del sensore, la posizione di intersezione del raggio determina la sua larghezza dalla superficie del bordo del sensore. Solo i raggi di scansione angolati si intersecano. Il punto di intersezione può essere trovato (facendo riferimento alla Figura 3) con le quattro scansioni angolate verso il basso per l'emettitore E1 e quattro scansioni angolate verso l'alto per l'emettitore E2. La posizione dell'emettitore/rilevatore è stata mappata sugli assi xey con la posizione E2 come origine. La scansione angolata verso il basso da E1 si intersecherà con la scansione angolata verso l'alto da E2. Otteniamo i punti di intersezione dall'equazione della retta per ciascuna trave (Tabella 2).

La risoluzione complessiva dipende da fattori quali:

• Distanza verticale tra emettitori o rilevatori consecutivi
• Numero di raggi scansionati da ciascun rivelatore
• Distanza orizzontale tra il bordo Tx/Rx (array). Considerando la scarsa risoluzione nella zona 1, che è più vicina ai bordi del sensore, la posizione di intersezione del raggio determina la sua larghezza dalla superficie del bordo del sensore. Solo i raggi di scansione angolati si intersecano. Il punto di intersezione può essere trovato (facendo riferimento alla Figura 3) con le quattro scansioni angolate verso il basso per l'emettitore E1 e quattro scansioni angolate verso l'alto per l'emettitore E2. La posizione dell'emettitore/rilevatore è stata mappata sugli assi xey con la posizione E2 come origine. La scansione angolata verso il basso da E1 si intersecherà con la scansione angolata verso l'alto da E2. Otteniamo i punti di intersezione dall'equazione della retta per ciascuna trave (Tabella 2).

La risoluzione è 0 mm nel punto di intersezione. Tuttavia, il codice consente una risoluzione fino a 50 mm. Quindi, ciò che deve essere trovato è la distanza dalla superficie del sensore alla quale si ottiene la risoluzione di 50 mm. Utilizzando il concetto di triangolo simile e considerando il triangolo formato dal segnale all'emettitore E1, E2 e il punto di intersezione come mostrato in Figura 4, è possibile calcolare la distanza x, larghezza dell'area a scarsa risoluzione dal bordo del sensore.

Dal calcolo in Figura 4, la distanza x, larghezza dell'area a scarsa risoluzione vicino al bordo della superficie del sensore, è data come:

Dall'eq. (1), la larghezza x dell'area a scarsa risoluzione vicino ai bordi del sensore sarà:

• Zero se la distanza verticale tra l'elemento emettitore/rilevatore consecutivo (d) è di 50 mm.
• Direttamente proporzionale alla distanza tra i bordi del sensore (D)
• Inversamente proporzionale al numero di scansioni inclinate verso l'alto o verso il basso (n)

Considera la scarsa risoluzione nella zona 2, che è a metà strada tra i bordi del sensore e ha la forma di un rombo (Figura 5). Aumentando il numero di scansioni angolate, la larghezza del rombo si riduce nell'area centrale. Tuttavia, l'altezza del rombo viene mantenuta costante, indipendentemente dal numero di scansioni angolate, che è pari alla metà della distanza tra i rilevatori (d).
Per la barriera fotoelettrica con 17 coppie di elementi ottici, d = 98.44 mm, quindi l'altezza del rombo è 49.22 mm. Se la barriera fotoelettrica utilizza 16 coppie di elementi ottici, la peggiore risoluzione verticale vicino alla superficie del sensore è d = 105 mm e l'altezza del vuoto è 52.5 mm, il che non soddisfa i requisiti di risoluzione del codice. Pertanto, la maggior parte dei produttori di barriere fotoelettriche preferisce utilizzare più di 16 coppie emettitore/rilevatore per la disposizione incrociata.

In che modo la risoluzione è influenzata dal numero di scansioni angolate

Si può derivare dall'eq. (1) che la larghezza della zona a scarsa risoluzione è inversamente proporzionale al numero di scansioni angolate n:

Per un'installazione fissa di bordi sensibili, dove Tx e Rx sono installati al palo di ingresso della cabina dell'ascensore, la distanza D tra loro sarà costante. Se la distanza tra l'emettitore o il rivelatore consecutivi viene mantenuta costante, la risoluzione di tale disposizione dipende dal numero di scansioni angolate. Questo può essere visto dalla Figura 2b e 2c.

Per la barriera fotoelettrica con 17 coppie emettitore/rilevatore con disposizioni di scansione a cinque vie, ogni rilevatore esegue la scansione di cinque emettitori. Ad esempio, il rivelatore Rx3 scansiona gli emettitori Tx1, Tx2, Tx3, Tx4 e Tx5. La Figura 6 mostra che, aumentando la scansione inclinata verso l'alto e verso il basso, viene aumentata la larghezza dell'area protetta (racchiusa in verde) e viene ridotta la dimensione dell'area del punto cieco più vicino all'area della superficie del sensore. I bordi sensibili devono essere fissati ad una distanza dal bordo di apertura della cabina per allineare la larghezza dell'apertura della cabina alla larghezza della zona di risoluzione del codice. Ciò consente di proteggere completamente la larghezza di apertura della cabina con la risoluzione richiesta. Tuttavia, questo presenta altre preoccupazioni: quando il numero di scansioni angolate aumenta oltre uno, i rivelatori all'estremità superiore/inferiore dell'array diventano incapaci di eseguire una scansione completa di cinque emettitori. I rivelatori Rx16 e Rx2 scansionano solo quattro emettitori, quindi le risoluzioni nell'area tra Rx16 e Rx17 e Rx1 e Rx2 sono compromesse. Tuttavia, questo può essere bilanciato aggiungendo un'altra scansione angolata verso il basso a Rx17 e un'altra scansione angolata verso l'alto a Rx1. Tuttavia, tutto dipende dall'algoritmo di controllo del sensore.

Come la risoluzione è influenzata dalla distanza tra l'array Tx e Rx

Al variare della distanza tra Tx e Rx (cioè se almeno un bordo sensibile della barriera è montato sull'anta mobile), varia in rapporto costante anche la larghezza della zona a norma. Si può vedere dall'eq. (2) ed è mostrato in Figura 7.

Tuttavia, quando Tx e Rx si avvicinano, la capacità del rilevatore di eseguire scansioni inclinate verso l'alto e verso il basso sarà ridotta. Alla fine, esiste solo la trave orizzontale tra due bordi. In quel momento, la risoluzione è uguale alla spaziatura verticale tra gli elementi ottici. Tuttavia, quanto sopra dipende dal design ottico dell'emettitore e del rivelatore, dalle loro lenti e dalla diffusione del raggio. Si noti che, per EN 81-20, i dispositivi di protezione possono essere resi inoperanti negli ultimi 20 mm dell'intercapedine di chiusura della porta.

Autodiagnosi e modalità di guasto

Oltre alla risoluzione, altri fattori, come l'autocontrollo (diagnostica), sono importanti, soprattutto quando il numero di coppie emettitore/rilevatore è inferiore, per soddisfare la risoluzione del codice. Considerare le disposizioni del raggio orizzontale con 33 coppie emettitore/rivelatore: la distanza tra i raggi è 49.2 mm. Un guasto di un emettitore o di un rilevatore non viene rilevato e la barriera fotoelettrica viene lasciata funzionare, determina un punto cieco di 2 X 49.2 = 98.43 mm attorno all'area di guasto (Figura 8). La maggior parte delle disposizioni incrociate raggiunge la risoluzione del codice con meno coppie emettitore/rilevatore ma con più raggi. Quindi, un guasto all'emettitore rimuoverà tutti i suoi rispettivi raggi dall'area di protezione e il punto cieco sarà di dimensioni critiche (Figura 8). Tale situazione dovrebbe attivare l'operazione di sicurezza che consente alla porta di chiudersi con energia cinetica ridotta e con un segnale acustico come richiesto dal codice.

Domande sul rinforzo dell'apprendimento

Utilizzare le seguenti domande di rinforzo dell'apprendimento per studiare per l'esame di valutazione della formazione continua disponibile online su www.elevatorbooks.com oa pag. 118 di questo fascicolo.

• Quali sono i vantaggi di una barriera fotoelettrica con disposizione dei raggi orizzontali?
• Quali sono le sfide e i vantaggi dell'utilizzo di una disposizione a fascio incrociato in una barriera fotoelettrica?
• Quale tipo di disposizione della barriera fotoelettrica è preferibile per un ascensore con porta ad apertura laterale senza rientranza dietro il palo di chiusura all'estremità di chiusura della porta? Perché?
• Perché è importante la funzione di autocontrollo di una barriera fotoelettrica?
• Durante i lavori di riparazione, il tecnico prevede di sostituire una barriera fotoelettrica difettosa con una nuova. Quali fattori devono essere considerati?

Conclusione

Il pubblico è abituato da tempo alle porte con bordo meccanico e molti passeggeri hanno l'abitudine di tenere le porte aperte premendo sui bordi meccanici (sebbene questo sia un comportamento pericoloso). Alcuni piloti continueranno a farlo, nonostante i bordi meccanici vengano progressivamente sostituiti con barriere fotoelettriche. Se le mani, ad esempio, vengono posizionate nell'angolo cieco di una barriera fotoelettrica, la porta non verrà tenuta aperta. Pertanto, per i professionisti degli ascensori è importante comprendere il punto cieco di una barriera fotoelettrica ai bordi.

Le disposizioni dei raggi orizzontali forniscono una risoluzione costante in tutta l'area protetta dai raggi. L'area protetta dipende esclusivamente dalla distanza verticale tra l'emettitore o il rivelatore consecutivi. Tuttavia, se viene invece utilizzato un metodo a raggi incrociati, la risoluzione dipende da più variabili: la spaziatura verticale tra l'emettitore o il rivelatore consecutivi, il modello di scansione utilizzato e la distanza orizzontale tra gli array Tx e Rx.

In questo articolo sono stati osservati i seguenti punti chiave. Il tuo autore pensa che potrebbero servire come regola empirica per la selezione della barriera fotoelettrica:

• Una barriera fotoelettrica con più di 33 coppie emettitore/rivelatore, indipendentemente dalla disposizione dei raggi e dalla posizione di fissaggio, soddisferà la risoluzione richiesta dal codice.
• Una barriera fotoelettrica con meno di 33 coppie emettitore/rilevatore deve utilizzare una disposizione incrociata per soddisfare la risoluzione richiesta. Dovrebbe essere riparato a una certa distanza dall'apertura che sta proteggendo.
• Una barriera fotoelettrica con meno di 17 coppie emettitore/rilevatore potrebbe non essere in grado di soddisfare la risoluzione richiesta dal codice e dovrebbe essere evitata.

I professionisti degli ascensori che modernizzano o sostituiscono i dispositivi di protezione delle porte dovrebbero prendere nota di questi punti in modo che l'installazione sia conforme ai requisiti del codice sul rilevamento degli ostacoli.