ASME A17.1-2019/CSA B44-19 第 2.13.5 节要求的重新开启装置

为什么CEDES选择不设计用于门的3D光幕。

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作者：詹姆斯·奥劳克林

美国机械工程师学会 (ASME) 是美国国家标准协会 (ANSI) 认可的标准制定机构，该协会在 2019 年《电梯安全规范》[1]（“规范”）中定义了新的、更具规范性的门保护要求，以帮助减轻与电梯层门相关的危险。水平门应用中使用的重新开启装置的要求已更新，部分原因是仍有大量人员被电梯门撞击而受伤。根据对美国消费品安全委员会 (CPSC) 国家电子伤害监测系统 (NEISS) 数据库的审查，在评估期间，所有年龄段的电梯乘客受伤情况都相当严重。[2][3][4] 后续几年的数据证实，从数据集得出的结论仍然有效。

电梯安全规范要求

2019 年版规范要求水平门应用中使用的重新开启装置必须满足：

• 检测电梯轿厢门路径上的人或物体的装置；以及
• 检测人或物体接近电梯轿厢入口的装置。

规范第 2.13.5.3 节中的要求详细说明了检测场必须检测接近电梯轿厢入口的人或物体的情况。本节中的要求是 2019 年规范中的新要求。至少，必须在定义的移动检测线（图 1）上的某个点检测到人或物体。此移动检测线是相对于着陆门前缘（危险）的着陆侧定义的。因此，在中心开启应用中有两条移动检测线，在侧开应用中有一条移动检测线。

当门关闭时，移动检测线会随着陆门一起移动，直到到达距离完全关闭 18 英寸（450 毫米）的位置，此时接近物体检测装置可失效。此点是中开电梯应用中两条移动检测线的交汇点。在失效位置之前，移动线上的人或物体必须生成门重新打开信号。图 1 直观地显示了中开应用中的规范要求。

在规范要求明确之后，CEDES 调查了几种可以满足规范的解决方案，包括将接近物体检测 (3D) 与门间物体检测 (2D) 集成到同一外壳中的解决方案。这种解决方案通常被称为 3D 光幕。经过仔细的设计审查，确定光幕不适用于大量电梯应用。为了更好地理解为什么会出现这种情况，本白皮书将引导您了解导致这一结论的决策标准，以及 CEDES 追求的横梁安装检测方式，以满足规范中定义的接近物体检测要求。

当我们开始研究 3D 光幕以满足规范时，我们绘制了类似于图 2 所示的图表。

规范认定的危险是层门的层门侧前缘（参见图 2 中的紫色三角形）。当光幕安装在轿厢门上而不是层门上时，必须注意考虑影响设备性能的其他因素，包括：

• 门与门之间的缝隙 [CD-LD缝隙]
• 层门厚度[LDT]，
• 检测装置位置[DML]相对于车门，并且…

根据我们的客户意见讨论，我们汇编了这些参数的最小值和最大值。然后使用基本三角学确定了最小角度（∞225 毫米）和最大角度（∞500 毫米），这些角度需要考虑，以便根据以下公式满足规范要求：

例如，使用以下值：

• 间隙 CD-LD：50.8 毫米（2 英寸），
• LDT：25.4 毫米（1 英寸），以及
• DML：距车门 15.0 毫米（0.59 英寸），

导致：

仅使用这些参数，使用 3D 光幕满足规范所需的角度需要在 51.7 毫米（225 英寸）点的 9° 和 68.1 毫米（500 英寸）点的 20° 之间。

然而，为了使事情更具挑战性，所使用的参数并不固定，并且会因应用程序而异。基于客户之声的标称值显示，这些值的范围如下：

设计不能基于一组参数，显然需要更大的值范围。通过增加使用的角度（∞），在一定程度上，更多的应用可以满足规范。然而，角度越大，出现其他问题的可能性就越大。特别是，如果在关闭过程中，层门领先于轿厢门，则会阻止 3D 正常工作。这种情况如图 3 所示。

这带来了巨大的挑战，因为 OEM 客户表示，对于新安装的层门，层门可以领先轿厢门 25.4 毫米（1 英寸）。此外，我们已经看到几个现代化应用，其中层门领先驾驶室门的距离甚至更大。使用更大的发散/接受角度可能会减轻一些风险，但在许多应用中无法看到层门周围的情况是无法缓解的。

或者，我们可以选择向开口的另一侧看，而不是从开口的同一侧向外看（见图 4）。这将有助于缓解前向着陆门的影响，甚至看起来似乎可以满足接近物体检测的规范要求。然而，细节却证明并非如此。

图 4 显示，当门处于完全打开位置时，接近物体检测装置可以设计为沿着《规范》定义的移动检测线进行检测。但是，接近物体检测装置不会相对于与对面门相关联的移动检测线移动。在接近物体检测装置根据《规范》失效之前，它不再检测《规范》要求的移动检测线。这在图 5 中显示。

在这种情况下，传感器不满足规范要求，实际上也无法满足规范要求。我们可以使用之前计算中的相同参数来确定细节。即

• 间隙 CD-LD：50.8 毫米（2 英寸），
• LDT：25.4 毫米（1 英寸），以及
• DML：距车门 15.0 毫米（0.59 英寸）

移动检测线上 225 毫米（9 英寸）点的位置垂直于层站门的层站侧，并作为规范定义的最小检测距离。在下面的计算中，我们将此点定义为对面距离。

相反 = 间隙 CD-LD + LDT – DML

                           = 225 毫米（9 英寸）+ 50.8 毫米（2 英寸）

                          + 25.4 毫米（1 英寸）– 15 毫米（0.59 英寸）

                           = 286.2 毫米（11.27 英寸）

与层站门平行的距离可定义为相邻距离，s 计算依据如下：

Tan (θ) = 对边 / 相邻。 

如果我们使用 40° 的发射/接收角度作为 q 的值，则相邻距离的计算方法如下：

           相邻 = 对边 / 正切 (40°)

                                           = 286.2 毫米（11.27 英寸）/ 0.839

                                           = 341 毫米（13.42 英寸）

对于中开门应用，相邻值加倍，因为它适用于两扇门和两条移动检测线。该规范允许接近物体检测装置在距离完全关闭位置 450 毫米（18 英寸）处失效。对于相邻距离乘以二， 接近物体探测装置失效的距离为 682 毫米（26.8 英寸），该值与规则允许的失效位置完全不相容。 

我们还必须考虑到，该值基于单一的、略微有利的情景。如果门之间的间隙增加或门厚度增加或检测装置位置减小，相邻距离也会相应增加。 

事实证明，正如法规所允许的，接近物体检测装置之前的点可以变得不起作用——观察开口另一侧所需的角度与从开口同一侧向外看所需的角度完全相同，因为在使其不起作用之前，观察开口另一侧的应用几何形状是相同的。

为什么 225 毫米（9 英寸）距离如此重要

规范中定义的移动检测线的位置是基于在检测到人或物体后留出足够的时间让门停止并反转。如果这种情况发生在离门太近的地方，或者有足够的时间延迟，例如如图 5 所示，则可能导致人被门撞到。这种情况特别可行，因为人/物体经常在门关闭时接近电梯。 

其他绩效要求

法规还根据所使用的技术定义了检测能力。在 2019 年法规中，属性是根据红外技术在检测手段中对接近物体和位于门道中的物体的使用而定义的。2022 年法规将此措辞改为“以及适用于所用技术的可检测人体属性”。无论哪个版本，都可以合理地预期检测手段能够检测到人或物体，无论衣服的颜色或类型如何。

为了使用红外技术满足这一要求，CEDES 认为必须使用距离测量技术（例如飞行时间 [TOF]），以尽量减少由不同反射特性（例如衣服颜色）引起的测量变化。如果没有距离测量，就无法有效检测移动检测线上的接近物体。 

图3显示了红外光电设备（6D光幕）的测试结果。目前，该设备的制造商尚未发布第三方测试证书，但声称符合2019年规范的要求。

测试中使用的圆柱形物体具有 2019 年规范定义的反射特性。这些测试圆柱体还用于测试 CEDES CabSafe™ 系统，该系统已通过第三方认证，符合规范要求。竞争性 3D 光幕的结果如图 6 所示。请注意，该系统未检测到黑色测试体（紫色框和点），这是规范要求的[参见第 2.13.5.3 (a) 节]。 

图 6 中显示的红色圆圈表示与光泽白色测试物体（最低 90% 红外反射率）相关的测量，紫色圆圈表示与黑色测试物体（最高 5% 红外反射率）相关的测量，由 Code 定义。圆圈表示测试物体接近电梯入口时首次被检测到。请注意，在门之间的物体检测装置处首次检测的次数显著（即接近物体的检测装置没有检测到）。

根据这些发现，CEDES 认为，除非使用红外 TOF 技术，否则传统的红外发射器和接收器无法可靠地满足规范要求。

总结和结论

根据应用要求，无论是从规范还是从客户的角度，CEDES 认为将接近物体检测装置与门路径检测装置中的物体集成到同一个外壳中（即开发 3D 光幕）无法解决大量电梯安装问题。以下几点在本次讨论中占有重要地位：

• 图 1 表明危险被定义为层站门层站侧的前缘。满足《规则》定义的接近物体检测装置所需的角度必须考虑几个不受控制的参数，包括：
  • 门与门之间的缝隙，
  • 层门厚度，
  • 检测装置相对于上述参数的位置。
• 图 2、4 和 5 以及本文提出的相关计算表明：
  • 为了满足最低数量的应用，所需的角度需要相对于门平面向外大于 50°。
  • 所需的角度需要相对于门平面向外大于 60°，以涵盖大量应用，但不是全部，因为门之间的间隙较大。 
  • 采用小于 3° 的发射/接收角度的接近物体检测电梯轿厢门门安装传感器（即 50D 光幕）无法满足规范要求 - 大多数（如果有的话）电梯应用都无法满足规范要求。
• 如图 3 所示，当层站门引导电梯轿门时，较大的发射/接收角度可能不允许接近物体的检测装置满足规范要求，即检测装置无法看到层站门后面的情况。
• 如图 6 所示，要避免因衣服颜色等因素导致的有效距离变化，需要使用距离测量技术。穿着黑色衬衫和蓝色牛仔裤（红外反射率低）接近电梯入口的人与穿着白色衬衫和卡其裤（红外反射率较高）接近电梯入口的人同样重要。 
• 与直射阳光有关的其他历史性能问题也影响了这一决定。

基于这些要点，CEDES 选择开发其红外 (IR) TOF 横梁安装 CabSafe 系统作为规范中定义的接近物体检测的解决方案。 

CEDES 坚持要求对 CabSafe 系统进行第三方认证，以便让客户相信 CabSafe 系统确实符合 2019 年法规要求。许多客户也自行测试了 CabSafe 系统并验证了测试结果，得出了相同的结论。

Liftinstituut 审查了 CabSafe 的设计、文档和测试结果。调查完成后，它证明 CEDES CabSafe 确实符合 2019 年和 2022 年电梯安全规范第 2.13.5 节“水平电梯门重新开启装置”中定义的要求（如果按照 CabSafe 安装和操作说明进行安装）。Liftinstituut 证书以及概述、技术支持、操作说明和其他信息可在 cedes.com/en/products/cabsafe/ 上找到。

案例

[1] 美国机械工程师学会国际组织（ASME）。ASME A17.1-2019 / CSA B44:19 电梯和自动扶梯安全规范 - 美国国家标准（ANSI）。ASME International：纽约，纽约。31 年 2019 月 58 日。第 60-502、505-XNUMX 页。
[2] 印第安纳大学医学院公共卫生系 Joseph O'Neil 医学博士、公共卫生硕士、Gregory K. Steele 公共卫生博士、公共卫生硕士、Carrie Huisingh 公共卫生硕士和 Gary A. Smith 医学博士、公共卫生博士。1990 年至 2004 年美国儿童电梯相关伤害。临床儿科。2007 年 619 月。Sage 出版物。第 625-10.1177 页。journals.sagepub.com/doi/abs/0009922807300232/XNUMX。
[3] Deborah E. Morrison-Ibrahim，印第安纳大学医学院公共卫生系。20-64 年 1990-2002 岁人群电梯相关伤害回顾性分析。2010-2012 年之间未发表。研究于 4 年 2013 月 1 日从 Gregory Steele 博士处获得。第 35-XNUMX 页。
[4] Gregory K. Steele，公共卫生博士，公共卫生硕士，Joseph O'Neil，医学博士，公共卫生硕士，Carrie Huisingh，公共卫生硕士和 Gary A. Smith，医学博士，公共卫生博士。印第安纳大学医学院公共卫生系。1990 年至 2006 年美国老年人电梯相关伤害。《TRAUMA® 损伤、感染和重症监护杂志》。2010 年 188 月。Lippincott、Williams & Wilkins。第 192-2010 页。journals.lww.com/jtrauma/Abstract/01000/32/Elevator_Related_Injuries_to_Older_Adults_in_the.XNUMX.aspx。