井道信息安全模塊系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用

尹建峰

（菱王電梯股份有限公司，廣東 佛山528225）

0 引言

傳統(tǒng)電梯井道安全和位置檢測(cè)元件包括符合標(biāo)準(zhǔn)GB7588—2003 10.5的極限開關(guān)，控制用的限位開關(guān)、端站強(qiáng)迫減速開關(guān)和用于準(zhǔn)確平層的轎廂平層位置感應(yīng)器及對(duì)應(yīng)的井道層站位置遮板。此外，為滿足電梯使用中的一些特殊功能需求，比如電梯提前開門及開門再平層，還需單獨(dú)增加井道位置檢測(cè)元件和符合安全型式試驗(yàn)驗(yàn)證的控制電路板。為防止因電梯轎廂意外移動(dòng)而發(fā)生人員傷亡事故，在新版本的GB7588意見稿中還首次加入了防轎廂意外移動(dòng)（UCM）條款，該條款的實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電梯在檢測(cè)、控制方面都提出了新的要求。井道信息安全模塊系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電梯井道絕對(duì)位置的采集及與控制系統(tǒng)的可靠協(xié)調(diào)工作，可代替完成以上井道元件的功能作用，并具有獨(dú)有的功能、性能及使用特點(diǎn)。

1 電梯井道轎廂位置檢測(cè)及減速控制元件

1.1 轎廂平層位置檢測(cè)裝置

通常是采用平層位置感應(yīng)器與對(duì)應(yīng)裝在導(dǎo)軌上的平層位置遮板互相動(dòng)作來(lái)保證電梯轎廂準(zhǔn)確平層。為保證準(zhǔn)確平層，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中，一般是先反復(fù)調(diào)整井道導(dǎo)軌上安裝的遮板位置，再通過(guò)系統(tǒng)軟件精調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)，如發(fā)生鋼絲繩打滑或井道位置數(shù)據(jù)丟失，控制系統(tǒng)要通過(guò)井道內(nèi)固定位置來(lái)進(jìn)行校正。如電梯配用提前開門及開門再平層功能，除以上平層感應(yīng)器外，為保證安全還要另外再配置一套平層感應(yīng)器，以可靠實(shí)現(xiàn)以上功能。

1.2 轎廂井道運(yùn)行上下強(qiáng)迫減速開關(guān)、極限開關(guān)

電梯運(yùn)行時(shí)，事先在井道上下端站安裝有限位開關(guān)和極限開關(guān)，以確保電梯運(yùn)行到端站，因意外失控不能按正常控制曲線進(jìn)行減速時(shí)，轎廂觸發(fā)端站強(qiáng)迫減速開關(guān)，系統(tǒng)通過(guò)強(qiáng)制性的控制運(yùn)行方式讓轎廂減速運(yùn)行。不同梯速開關(guān)安裝的距離也不同，減速開關(guān)信號(hào)通過(guò)井道內(nèi)布置的電纜引入機(jī)房控制柜。當(dāng)電梯失控沖過(guò)行程時(shí)，通過(guò)安裝在井道內(nèi)的極限開關(guān)強(qiáng)制讓電梯停止。

1.3 井道位置數(shù)據(jù)檢測(cè)

在電梯正常運(yùn)行前都要學(xué)習(xí)確定井道行程高度、各樓層平層位置及井道內(nèi)各種開關(guān)位置數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)目前大多通過(guò)曳引機(jī)配置的高精度旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)輸出固定的脈沖數(shù)，通過(guò)計(jì)算可以轉(zhuǎn)換成精確的位移和速度信號(hào)供控制系統(tǒng)讀取。當(dāng)轎廂運(yùn)行過(guò)程中鋼絲繩因種種原因與曳引輪產(chǎn)生位移誤差時(shí)（俗稱鋼絲繩打滑），控制系統(tǒng)要重新通過(guò)一個(gè)固定點(diǎn)來(lái)進(jìn)行位置校正，比如在電梯基站位置或平層位置。因此，轎廂通過(guò)編碼器方式獲取的并不是一個(gè)絕對(duì)的井道位置數(shù)據(jù)。

2 電梯提前開門／開門再平層運(yùn)行及UCM功能

2.1 電梯提前開門／開門再平層運(yùn)行

電梯在平層時(shí)實(shí)現(xiàn)提前開門或開門再平層功能是一種特殊模式下的運(yùn)行方式，在實(shí)際應(yīng)用中非常有用，很受用戶歡迎。由于系統(tǒng)要短接門鎖回路讓電梯運(yùn)行，因此，確保運(yùn)行安全是第一位。顯然，完成以上功能的專用控制電路板及控制原理必須通過(guò)相關(guān)電路板型式試驗(yàn)驗(yàn)證。同樣，當(dāng)需要調(diào)整提前開門動(dòng)作量時(shí)，要對(duì)井道內(nèi)安裝的平層遮板和轎廂上的平層感應(yīng)器距離進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)整，甚至更換井道內(nèi)各樓層平層遮板。

2.2 電梯UCM功能

歐盟 EN81－1：1998／Pr A3：2008 F9.11 Protection against unintended car movement增加了防轎廂意外移動(dòng)功能，簡(jiǎn)稱UCM功能。該功能對(duì)防止因轎廂意外移動(dòng)而對(duì)乘客造成的傷害起了重要作用，我國(guó)新版的GB7588電梯標(biāo)準(zhǔn)意見稿中也增加了該條款。實(shí)現(xiàn)UCM功能，應(yīng)包括一套對(duì)轎廂離開門區(qū)位置的檢測(cè)裝置或檢測(cè)單元，通過(guò)該裝置來(lái)判斷轎廂是否已離開平層區(qū)或開鎖區(qū)，并且在電梯主電源斷電情況下也能進(jìn)行檢測(cè)和執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作。目前主要是采用電子式限速器實(shí)現(xiàn)UCM功能，并通過(guò)安裝在上面的編碼器的讀數(shù)值來(lái)檢測(cè)和確定轎廂的意外移動(dòng)距離。

3 井道信息安全模塊系統(tǒng)

井道信息安全模塊系統(tǒng)采用經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期考驗(yàn)的磁柵尺技術(shù)，以高精度測(cè)量電梯轎廂在井道中的絕對(duì)位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯轎廂運(yùn)行的直接控制，可取代傳統(tǒng)電梯井道位置編碼器式的間接測(cè)量技術(shù)，主系統(tǒng)通過(guò)安全控制模塊系統(tǒng)的輸出信號(hào)完成平層、減速、提前開門／開門再平層及UCM等功能。井道信息安全模塊系統(tǒng)包括磁柵尺及傳感器測(cè)量單元和安全模塊控制單元。

3.1 磁柵尺及傳感器測(cè)量單元

磁柵尺是一柔韌的與一條鋼帶完美結(jié)合的帶狀物，磁柵尺在摩擦運(yùn)行中具有極高的耐磨性，同時(shí)還具有抗煙霧、抗污染、抗油垢、防潮濕、防振動(dòng)和防振蕩的特性，因此其非常適合在電梯井道環(huán)境中應(yīng)用。

磁柵尺相當(dāng)于一個(gè)直接安裝在電梯轎廂上的安全的絕對(duì)值編碼器，其內(nèi)部特殊的隨機(jī)碼RANDOM－Code可在1 000 m的測(cè)量范圍內(nèi)達(dá)到±0.5 mm的準(zhǔn)確度，位置精度可達(dá)1 mm，最高分辨率可達(dá)0.062 5 mm。數(shù)據(jù)的讀取是無(wú)接觸式、高精度和可重復(fù)性的。由于測(cè)量單元是固定安裝在電梯轎廂上的，與井道固定安裝的磁柵尺之間無(wú)位移誤差，因此，通過(guò)這種方式得到的電梯井道數(shù)據(jù)是真正的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)，甚至在長(zhǎng)時(shí)間無(wú)電源情況下，系統(tǒng)上電后重新讀取也無(wú)需校對(duì)。對(duì)磁柵尺數(shù)據(jù)的讀取采用專門的讀取傳感器單元，該單元中有兩個(gè)讀取傳感器，二者是物理性分開的，并且內(nèi)置的監(jiān)控系統(tǒng)始終對(duì)這兩個(gè)傳感器的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，如果其中一個(gè)傳感器停止正常運(yùn)行，則讀取單元自動(dòng)激活另一個(gè)的備份，同時(shí)向上位控制器報(bào)告故障，以確保整個(gè)系統(tǒng)絕對(duì)可靠工作。同樣，該單元也具有抗煙霧、抗污染、抗油垢、防潮濕、防振動(dòng)和防振蕩的特性，非常適合在電梯井道環(huán)境中應(yīng)用。

3.2 安全模塊控制單元

安全模塊控制單元是一個(gè)通過(guò)安全型式試驗(yàn)認(rèn)證的控制器，可直接作為電氣安全部件進(jìn)行控制使用。該控制器讀取井道磁柵尺的數(shù)據(jù)，可通過(guò)多種通訊接口——SSI、CAN、CANO－pen（滿足DS406和DS417標(biāo)準(zhǔn)）、RS422、RS485與主控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，監(jiān)視、控制轎廂的位置、速度、平層位置狀態(tài)、限位開關(guān)或端站減速點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)提前開門／開門再平層和UCM功能對(duì)轎廂井道位置數(shù)據(jù)的要求。由于控制器本身已通過(guò)了安全認(rèn)證檢測(cè)，因此由控制器安全繼電器輸出控制信號(hào)可以直接接入電梯安全回路，并代替提前開門／開門再平層電路板，供電梯主系統(tǒng)完成對(duì)電梯以上功能的控制。安全模塊內(nèi)部框圖如圖1所示。

圖1 安全模塊內(nèi)部框圖

4 井道信息安全模塊系統(tǒng)在電梯中的典型應(yīng)用及對(duì)比分析

4.1 電梯轎廂位置及井道數(shù)據(jù)

（1）傳統(tǒng)電梯采用曳引機(jī)編碼器方式獲取的是一個(gè)相對(duì)的編碼位置信號(hào)，而用井道信息安全模塊系統(tǒng)磁柵尺獲得的是絕對(duì)位置信號(hào)。

（2）對(duì)鋼絲繩打滑導(dǎo)致的位置偏差不需要進(jìn)行系統(tǒng)校正。

（3）獲得的位置信號(hào)精度高、重復(fù)性好，即使長(zhǎng)時(shí)間斷電后仍能準(zhǔn)確進(jìn)行定位，而不需要重新進(jìn)行井道自學(xué)習(xí)。

4.2 轎廂平層位置及減速點(diǎn)位置

（1）傳統(tǒng)電梯調(diào)整轎廂平層、井道遮板位置及強(qiáng)迫減速開關(guān)位置，都是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工作業(yè)方式來(lái)完成。采用井道信息安全模塊后，由于獲取的是絕對(duì)位置信號(hào)，對(duì)以上位置的調(diào)整只需要通過(guò)軟件就能精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，對(duì)門區(qū)的距離調(diào)整非常方便、快捷，完全可以取代傳統(tǒng)電梯井道樓層平層遮板及轎廂平層感應(yīng)器調(diào)整方法。

（2）井道內(nèi)減速點(diǎn)位置同樣可由軟件進(jìn)行設(shè)置調(diào)整，并可由安全控制器輸出強(qiáng)迫減速信號(hào)，完全取代傳統(tǒng)電梯中的各減速開關(guān)和連接電纜。

4.3 提前開門／開門再平層功能

借助獲取的轎廂井道位置的絕對(duì)數(shù)據(jù)和模塊控制器的安全特性，同樣可以通過(guò)井道信息安全模塊實(shí)現(xiàn)提前開門／開門再平層功能，提前開門量和位置的確定不再需要傳統(tǒng)的對(duì)井道遮板的更換和調(diào)整來(lái)完成，只需通過(guò)采集到的井道絕對(duì)位置數(shù)據(jù)，由主系統(tǒng)軟件來(lái)調(diào)整即可，可靠、方便、快捷又節(jié)省人工費(fèi)。

4.4 UCM功能

實(shí)現(xiàn)UCM功能，首先要對(duì)轎廂發(fā)生的意外移動(dòng)及移動(dòng)距離進(jìn)行判定，繼而與主控制系統(tǒng)和UCM控制裝置一起完成UCM保護(hù)功能。由于磁柵尺具有讀取井道和轎廂絕對(duì)位置數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，很顯然，對(duì)轎廂意外移動(dòng)距離的判定非常容易，即使在主電源斷電情況下，通過(guò)后備的UPS電源也能實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)傳統(tǒng)電梯井道數(shù)據(jù)獲取方法、轎廂平層實(shí)現(xiàn)方式、井道內(nèi)各強(qiáng)迫減速開關(guān)位置的設(shè)定方式以及提前開門／開門再平層功能和UCM功能的實(shí)現(xiàn)原理，提出了采用井道信息安全模塊系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電梯對(duì)以上領(lǐng)域的應(yīng)用，該系統(tǒng)安全、可靠、耐用，維護(hù)調(diào)整方便、快捷，安裝方便。文中同時(shí)分析比較了兩者的技術(shù)特點(diǎn)，為井道信息安全模塊在傳統(tǒng)電梯中的應(yīng)用、改造以及傳統(tǒng)電梯的技術(shù)提升提供了一些新思路。

［1］GB7588—2003 電梯制造與安裝安全規(guī)范［S］.

［2］朱昌明，洪致育，張惠僑.電梯與自動(dòng)扶梯［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，1995.

［3］EN81－1：1998／Pr A3：2008 Protection against unintended car movement［S］.

［4］ELGO Electr onic LI MAX33 Saf e Manual［Z］.