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Rilevatori di ostacoli: una rassegna storica

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Figura 4: sistema 3D a infrarossi brevettato di Memco

Una rassegna dei sensori per porte dagli anni '1950 ad oggi

Un grosso problema con le porte degli ascensori ad alimentazione automatica è il rischio di lesioni ai passeggeri a causa degli impatti delle porte. Le società di ascensori hanno utilizzato vari dispositivi alternativi per proteggere i passeggeri, che vanno dalle semplici scarpe di sicurezza meccaniche ai sofisticati sistemi a raggi infrarossi. Questa è una recensione di tali dispositivi dagli anni '1950 ai giorni nostri.

Sensori di impatto meccanico

Uno dei metodi più comuni di protezione dei passeggeri consiste nel collegare una striscia tampone con bordi morbidi a un sensore di pressione del microinterruttore. Questo dispositivo inverte il movimento della porta se l'interruttore viene attivato dal contatto del tampone con un passeggero. Si basa su un impatto meccanico e, quindi, non su un sensore "senza contatto". Tuttavia, limita la forza applicata ed evita il pericoloso intrappolamento degli arti nella porta. Tali scarpe antinfortunistiche sono ancora comunemente utilizzate nelle installazioni più vecchie, ma il loro ingombro e il loro costo le hanno eliminate dalle moderne carrozze per ascensori leggere. Le scarpe meccaniche sono soggette a danni o usura a causa del funzionamento quotidiano e i loro contattori elettrici possono corrodersi. Ciò può comportare tempi di fermo e costi significativi durante l'esecuzione delle riparazioni. Sono state sviluppate soluzioni elettroniche (inizialmente basate sulla capacità e ora principalmente basate sull'infrarosso (IR)), che possono essere installate rapidamente senza regolazioni in loco e con i vantaggi di proteggere le porte stesse da eventuali danni. Pertanto, si riduce la necessità di costose manutenzioni non pianificate. Alcuni dispositivi a doppia sicurezza combinano una scarpa meccanica con un sistema a raggi infrarossi, fornendo rilevamento senza contatto e backup meccanico in caso di guasto elettronico dei raggi IR.

Sensori di prossimità capacitivi

Alcuni dei primi dispositivi senza contatto utilizzavano la capacità tra il sensore e un passeggero come mezzo per rilevare la presenza di un'ostruzione. I precedenti sensori modello Otis "A" e "B" utilizzavano questa tecnica per rilevare i passeggeri sbilanciando un circuito a ponte capacitivo. Il ponte è stato pilotato con un'onda quadra a 50 kHz e il rilevamento è stato eseguito rilevando una differenza di livello del segnale di 50 kHz nelle due metà delle antenne del ponte a filo sul bordo della porta. Questo dispositivo aveva un raggio d'azione di circa 50 mm e le porte spesso si urtavano l'una contro l'altra a causa dello slancio della porta, ma l'impatto era relativamente delicato. I maggiori problemi con i dispositivi precedenti erano la deriva del bilanciamento del ponte e gli effetti negativi di una scarsa messa a terra della porta. La pelle della porta metallica sarebbe spesso in contatto con il suolo scarso e intermittente, a causa di cuscinetti resistivi nel braccio dell'operatore o nella fune di trasmissione del filo, e la variazione della resistenza di contatto inietterebbe grandi segnali di rumore nel ponte, causando spesso falsi trigger.

Alcuni miglioramenti sono stati osservati con l'introduzione del modello Memco "R" nel 1980, che utilizzava un circuito di rilevamento accoppiato in CA più stabile e poteva raggiungere una portata di circa 100 mm. Tuttavia, dalla fine degli anni '1980, il rilevatore di prossimità capacitivo è sbiadito nell'oscurità con l'introduzione di sistemi IR più affidabili, ma la tecnologia ha il potenziale per riapparire poiché i dispositivi tattili basati su microprocessore migliorati rendono più pratico il rilevamento della capacità.

Infrarossi di prossimità

Sebbene il rilevamento basato sulla capacità sia a corto raggio e soggetto a instabilità, è possibile progettare un rilevatore di prossimità a infrarossi riflettente con prestazioni generalmente buone. La fine degli anni '1980 ha visto l'introduzione di dispositivi di prossimità riflettenti, che hanno avuto un certo successo nel mercato in gran parte basato sulla capacità dell'epoca. Qualche tempo dopo, Memco ha introdotto il Panaflect, un sistema di prossimità a infrarossi con una portata di circa 200 mm, abbastanza buono da superare i problemi di scorrimento delle porte dei rilevatori di capacità. Questi rilevatori emettevano più raggi infrarossi in uno schema a ventaglio verticale e utilizzavano fotodiodi per rilevare i riflessi IR dei passeggeri vicini. Un segnale forte, presente su pochi ricevitori, è stato interpretato come un valido ostacolo, mentre un segnale approssimativamente uguale su tutti i ricevitori è stato visto come un palo in avvicinamento. Il sistema di prossimità aiuta ad accelerare i tempi di transito dell'ascensore (non viene generato un rilevamento per ogni passeggero che entra dalla porta, a differenza dei normali rilevatori a infrarossi), ma questi dispositivi riflettenti erano costosi da produrre e da allora sono caduti in disgrazia.

Sistemi a raggi infrarossi

I rilevatori a raggi infrarossi sono diventati uno dei tipi più popolari di sensori di ostruzione in uso oggi. I raggi infrarossi forniscono un'eccellente copertura dell'apertura della porta, sono insensibili al rumore elettronico e sono diventati poco costosi man mano che la tecnologia è migliorata. I primi dispositivi del genere usavano poco più di una lampada a filamento come trasmettitore e una cella al selenio come ricevitore, ed erano piuttosto inaffidabili, ma la lampada a filamento è ora sostituita con un LED a infrarossi e la cella al selenio con un fotodiodo al silicio, dando un miglioramento nelle prestazioni e nell'affidabilità.

La maggior parte dei sistemi di raggi IR è costituita da una colonna di array multiplexati di LED IR su una porta, con un numero uguale di fotodiodi multiplexati sulla porta opposta. La zona sensibile è sostanzialmente continua da appena sopra la soglia della vettura fino a circa 1.8 m di altezza. I chip del microcontrollore in ogni bordo generano i modelli di scansione richiesti e misurano a turno la forza del segnale per ciascun raggio. Si presume che tutti i raggi che misurano al di sotto di una soglia preimpostata siano bloccati da un passeggero o da altri ostacoli e il sistema aziona quindi il relè di apertura della porta. È importante chiarire la differenza tra il numero di diodi e raggi. La Figura 2 mostra il fascio di un tipico rivelatore a 18 diodi. Quando si opera in modalità solo parallelo, il numero di raggi è equivalente al numero di diodi.

Esistono diverse combinazioni di modelli di scansione disponibili per i progettisti, ma la più comune è una combinazione di fasci paralleli e leggermente diagonali per ottenere la migliore densità di griglia del fascio. L'uso di raggi diagonali fornisce una densità del raggio molto maggiore e, pertanto, gli oggetti più piccoli vengono rilevati sulla maggior parte dell'area di rilevamento. Tuttavia, a causa della natura del fascio di luce, la dimensione minima dell'ostruzione che verrà sempre rilevata è solitamente leggermente maggiore della distanza tra i diodi su uno dei bordi del rivelatore. La dimensione minima dell'oggetto rilevabile determina in larga misura il numero di LED nel sistema. I dispositivi a raggio più vecchi hanno spesso una grande distanza tra i diodi con un minimo di otto diodi per lato, poiché il costo di questi componenti era un fattore importante nella loro progettazione. Le versioni moderne sono generalmente dotate di 32 o 40 diodi. Un sistema a 40 diodi dovrebbe essere in grado di rilevare in modo affidabile oggetti di 50 mm di diametro. Attualmente viene proposta una dimensione minima di rilevamento di 50 mm come interpretazione ufficiale del Comité Européen de Normalization della norma europea EN 81-70 Norme di sicurezza per la costruzione e l'installazione di ascensori.

Recentemente, è diventato popolare installare sistemi di travi su staffe fisse, di solito alle estremità dei binari della porta. Tali installazioni sono ben protette da atti vandalici e danni accidentali e i cavi non devono più resistere alla flessione continua dei movimenti della porta. Poiché ampie porzioni della griglia del raggio sono nascoste dalle porte, anche quando sono aperte, è possibile utilizzare formati di scansione insoliti. Uno di questi è caratterizzato dal Memco Panatech, che riduce il numero di diodi del ricevitore a soli quattro, pur mantenendo uno schema di fascio ad alta densità attraverso l'apertura della porta accessibile.

Regolamento Europeo

La EN 81-70:2003 5.2.4 afferma:

“Il dispositivo di protezione come richiesto dal 7.5.2.1.1.3 della EN 81-1-2:1998 e dalla EN 81-2:1998 deve coprire l'apertura sulla distanza tra almeno 25 mm e 1,800 mm sopra la soglia della portiera della cabina, ad es. , tenda leggera. Il dispositivo deve essere un sensore che impedisce il contatto fisico tra l'utente e i bordi anteriori del pannello o dei pannelli della porta di chiusura”.

Per un rivelatore a infrarossi, questo imposta effettivamente l'altezza massima del diodo più basso e l'altezza minima del diodo più alto. Come si vede, le normative europee relative ai dispositivi di protezione sulle porte delle cabine degli ascensori sono estremamente limitate. Questo non è vero per le barriere fotoelettriche non per ascensori progettate per applicazioni relative alla sicurezza. Tali applicazioni sono coperte da IEC 61496. La prima parte dello standard, IEC 61496-1, stabilisce i requisiti generali e i test necessari per le apparecchiature di protezione elettrosensibile (ESPE), inclusi i test di funzionalità (ad es. tempo di risposta e numero di uscite) , progettazione (ad es. alimentazione elettrica e software) e sollecitazioni ambientali (ad es. sollecitazioni e vibrazioni meccaniche).

La seconda parte della norma, IEC 61496-2, riguarda i dispositivi di protezione optoelettronici attivi, il tipo più comune di ESPE. I requisiti ottici per tali dispositivi sono specificati in questa parte dello standard, inclusa l'immunità a vari tipi di illuminazione e la riflessione di bypass, entrambi importanti nelle applicazioni degli ascensori. Fino a quando non ci sarà una revisione fondamentale dei requisiti di progettazione e collaudo applicabili per le barriere fotoelettriche del settore degli ascensori, spetterà ai progettisti delle apparecchiature essere sicuri che le loro barriere fotoelettriche proteggeranno i clienti in un ambiente sempre più conflittuale. 

Sistemi avanzati di raggi IR

La natura dei sistemi di raggi di base preclude il rilevamento di oggetti che non intersecano il piano stretto che collega le strisce di rilevamento TX e RX. Ciò lascia la porta di piano relativamente non protetta, poiché la configurazione del raggio è solitamente di 50 mm o più dietro il bordo anteriore della porta di piano. Per superare questo problema, Memco ha introdotto il concetto 3D a metà degli anni '1990. Un rilevatore 3D estende la regione sensibile nell'area davanti alle porte di piano utilizzando la luce infrarossa riflessa dai passeggeri in avvicinamento. Una serie di LED a infrarossi e fotodiodi sono angolati di circa 45° rispetto al piano di rilevamento 2D in modo tale che i fotodiodi non possano ricevere un segnale a meno che la luce a infrarossi non venga riflessa da una superficie verticale nell'area di avvicinamento al pianerottolo.

Poiché il sistema 3D si basa sulla riflessione a infrarossi, la sua sensibilità è in qualche modo influenzata dal colore degli indumenti indossati dai passeggeri, ma è stato scoperto che anche i coloranti scuri sono spesso molto riflettenti agli infrarossi. Il 3D è particolarmente utile per ambienti con passeggeri che si muovono lentamente, come ospedali e alloggi protetti, ma è diventato popolare anche nei centri commerciali e negli edifici per uffici. È meglio utilizzato in aree a basso traffico per evitare inutili rapine dovute a persone che passano le porte e attivano il 3D. Sono disponibili vari formati di montaggio del rilevatore, ma tutti richiedono che i bordi siano posizionati sopra o vicino al bordo anteriore delle porte, in modo che il sistema riflettente possa "vedere" nella zona di atterraggio (Figura 4).

Uno sviluppo del sistema 3D (sebbene non limitato ai rilevatori 3D) è la serie Panachrome brevettata da Memco di rilevatori di "avviso visivo". Queste varianti sono state introdotte per la prima volta nelle strisce luminose e nei rilevatori cromatici dei primi anni 2000, ma sono state rapidamente sostituite dalle versioni integrate. Panachrome incorpora luci a LED visibili e guide luminose per visualizzare lo stato dei movimenti delle porte ai passeggeri in avvicinamento. Le guide luminose sono in genere sotto forma di barre da 100 mm X 6 mm in una colonna verticale che passano dal verde fisso per "entrare in sicurezza" e rosso lampeggiante per "chiusura delle porte". Panachrome è popolare per applicazioni di fascia alta in hotel e uffici di lusso, ma è anche adatto per ospedali, ecc., Dove un sistema di allarme può essere utile per rallentare i passeggeri in movimento.

Per il prossimo futuro, è improbabile che il rilevatore a raggi infrarossi venga sostituito da una tecnologia rivoluzionaria. Quando incorpora buoni principi di progettazione e completamente testati in un'ampia varietà di ambienti, la tecnologia a infrarossi è sicura ed efficace.

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