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嵌入式系统在机械专业的应用 ——紧急情况下电梯逃生系统 冯建设 081816 机械工程学院 引 言 在学习机械设计课程设计的时候，因为电梯装置传动的严密和过 程控制的精准，给我留下了深刻的印象，日常生活中，我们也几乎每 天都在用着电梯，有资料显示，美国乘坐其他交通工具的人数每年约 为80 亿人次，而乘坐电梯的人数每年却有540 亿人次，由此数据可 见，电梯确实和我们的生活息息相关。然而在大家的印象里，电梯总 是时不时的就出一点小故障，同济大学图书馆的电梯，就经常会故障 不能运行，而且三台电梯中，有一台是常年坏掉只能装装载很少的几 个人的，这就萌生了我结合本课程知识思考如何运用嵌入式系统来快 速处理电梯出现的故障，保证电梯的畅通的想法。 正 文 电梯是由机械、拖动回路电气控制部分组成。拖动系统也可以属 于电气系统，因而电梯的故障可以分为机械故障和电气故障。遇到故 障时首先应确定故障属于哪个系统，是机械系统还是电气系统，然后 再确定故障是属于哪个系统中的哪一部分，接着再判断故障出自于哪 个元件或哪个动作部件的触点上。我的整套思路便是基于这个认识展 开的： 1 1 首先在电梯产生故障时，判断是否是电力故障造成的，此过程比较 简单，只用检测一下电梯线路中是否有电流即可，不需要特殊的传感 器或者其他检测技术，若是电力故障造成，同时又有备用电源的话， 启动备用电源即可； 2 若不能恢复电力或者非电力故障造成，则需要考虑通过机械的装置 的办法来进行紧急救援，找到原因、排除故障、保证乘客的安全。 3 具体的故障排除过程需要根据电梯的设计特点进行，某电梯基本模 型如图： 首先检测悬挂系统是否正常，此检测过程需要用到霍尔元件探测 MTC 钢丝绳断丝的工作原理，这种探测仪的永久磁铁使钢丝绳磁化， 当钢丝绳断丝时，在端口处出现漏磁场，霍尔元件通过此漏磁场将获 得一个脉动电压信号。此信号经放大、滤波、A/D 转换后进入计算机 分析，识别出断丝根数和断口位置，从而发现问题所在，如果霍尔元 2 件检测正常，则说明悬吊结构正常，从而进行下一步的检测工作； 图2 钢丝断丝检测图 若悬吊系统检测正常，则进而进行下一步的检测——轿厢位置的 检测，轿厢位置的检测和一般运行时的检测方法没有区别，直接根据 电梯内部齿轮（以有齿轮传动电梯为例）转动位置或者其他机械参数 得到电梯的具体位置，若电梯处在开门区域，则可以通过紧急开锁装 置救援乘客，若不在开门区域，则进行其他的相应的监测和操作，具 体如下图所示。 对于轿厢紧急运行装置的设计为：将两部并行运行的电梯在物理 结构上通过类似滑轮的装置组合在一起，平时正常运行情况下，可以 将该组合关闭，使得二者之间没有干涉。 一旦紧急事故发生（出现电力故障同时悬吊系统又没有故障时）， 3 二者之间的组合便可以打开，具体的实现过程可以通过嵌入式系统控 制微型开关来实现。一旦二者组合成为统一的系统，便构成了一个类 似于定滑轮的装置，此时装载乘客较多的一个电梯轿厢开始平稳下降， 另一个电梯开始平稳上升，当轿厢到底时，通过紧急开锁打开轿厢门 将乘客救出，在此过程中电梯的配重起作用，使得电梯可以固定，处 理底部的轿厢撤离乘客，而处于顶部的轿厢开始装载乘客，不会因为 轿厢内人员的骤然减少而急速上升导致事故，当乘客撤离轿厢时，再 度控制底部轿厢上升，而楼顶轿厢开始下降，二者轮番进行上升和下 降，从而实现人员撤离。此装置的优越之处体现在火灾等紧急安全事 故中，此时电力被切断，而电梯的装置是完好的，就可以通过这种联 系方式来实现客流的分批疏散。 整个紧急系统的流程图具体表示如下图。 4 电梯停止 运行 检测轿厢位置 及相关情况 是否停电 是否有备用电源 启用备用电源