電梯終端速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用和技術(shù)分析

齊英涵

摘要：電梯是建筑物中的垂直交通運(yùn)輸工具，隨著城市的快速發(fā)展，高層、超高層建筑成為城市建設(shè)的主流，伴隨而來的是電梯運(yùn)行速度越來越快，為降低電梯在建筑空間中的占有率（如底坑和頂層空間），減少投資成本，終端速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：電梯終端;監(jiān)測(cè)系統(tǒng);技術(shù)

1、終端速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用意義

所謂終端速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Terminal Speed Monitoring System，簡(jiǎn)稱TSMS），是指用于監(jiān)測(cè)轎廂在井道中位置和速度（其中包括運(yùn)行方向），檢測(cè)轎廂在井道終端（包括頂部和底部）減速情況，并且當(dāng)檢測(cè)到轎廂駛向終端層站過程中不能正常減速，切斷主機(jī)和制動(dòng)器供電，強(qiáng)制讓轎廂減速至緩沖器的最大設(shè)計(jì)沖擊速度。

2003年版本的電梯標(biāo)準(zhǔn)GB7588《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中的規(guī)定電梯安全功能只能通過安全開關(guān)和安全電路實(shí)現(xiàn)，而新版本的GB7588和2018年頒布的GB/T35850《電梯、自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道安全相關(guān)的可編程電子系統(tǒng)的應(yīng)用》中明確了多個(gè)可以通過可編程電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電梯的安全功能，它可以代替需要撞弓碰觸的滾輪開關(guān)（換速開關(guān)、極限快關(guān)），也可以與普通耗能型緩沖器搭配組成減行程緩沖器。

1.1 換速開關(guān)、極限開關(guān)

對(duì)于速度不大于4m/s的電梯，轎廂位置通常是靠安裝在行程終端區(qū)域的換速開關(guān)（一級(jí)或多級(jí)換速）來監(jiān)測(cè)，而速度則是靠安裝在曳引機(jī)中心軸或者限速器中心軸上的編碼器監(jiān)測(cè)，通過轎廂位置相應(yīng)的速度來判斷是否應(yīng)該減速，或者是否超速，若超速，應(yīng)立刻切斷主機(jī)、制動(dòng)器供電，強(qiáng)制讓電梯制停。也有當(dāng)電梯位置信息缺失，轎廂將碰撞上極限或者下極限進(jìn)行“自學(xué)習(xí)”，尋找位置。

依靠換速開關(guān)或者極限開關(guān)來監(jiān)測(cè)轎廂的位置，會(huì)因安裝質(zhì)量或者轎廂擺動(dòng)引起機(jī)械撞弓和滾輪之間有距離偏差，會(huì)使速度監(jiān)測(cè)不精確導(dǎo)致?lián)Q速或者超速不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不適合用在速度過高的電梯上。

1.2 減行程緩沖器

根據(jù)GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》的10.4.3中規(guī)定，耗能型緩沖器的總行程應(yīng)至少等于相應(yīng)于115%額定速度的重力制停距離，即0.0674 V2（m），可以得出來緩沖器的壓縮行程和速度的平方成正比，也就是說電梯運(yùn)行速度越高，緩沖行程就越長，從而底坑就越深。

根據(jù)GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》的5.7中可知道，當(dāng)對(duì)重完全壓在其緩沖器上時(shí)，轎廂最小制導(dǎo)行程應(yīng)為0.1+0.035V2（m），轎頂可以站人的最高面積的水平面與位于轎廂投影部分井道頂最低部件的水平面之間的自由垂直距離不小于1.0+0.035V2（m），統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

從表1可以看出來，隨著電梯額定運(yùn)行速度的增大，緩沖器的壓縮行程、轎廂最小制導(dǎo)行程、轎頂可站人的垂直距離也越來越大，從而伴隨著底坑深度、頂部高度的加大，會(huì)增大建設(shè)難度和投資成本。另外，對(duì)于一些舊電梯的提速改造增加了改造難度。

根據(jù)1.1和1.2分析可以得出，在速度過高的電梯上使用終端速度檢測(cè)系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械式開關(guān)，以及和普通耗能型緩沖組成的減行程緩沖器都有實(shí)際應(yīng)用意義。

2、終端速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)GB/T35850《電梯、自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道安全相關(guān)的可編程電子系統(tǒng)的應(yīng)用》中對(duì)安全功能完整性等級(jí)的要求，終端速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)符合SIL3的要求，同時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上必須擁有雙通道，能獨(dú)立完成安全功能，對(duì)于每個(gè)通道來說都分為三個(gè)子系統(tǒng)，其構(gòu)成如圖1所示。

2.1 傳感器子系統(tǒng)

市場(chǎng)上常見的傳感器有增量式傳感器和絕對(duì)值傳感器兩種，其中增量式傳感器也就是傳統(tǒng)編碼器，將其裝在曳引機(jī)中心軸或者限速器中心軸上來檢測(cè)電梯運(yùn)行速度;轎廂位置靠安裝在轎頂?shù)姆墙佑|式開關(guān)通過安裝在軌道上的隔磁板或磁條來檢測(cè)轎廂位置。增量式傳感器較常見，主要應(yīng)用在運(yùn)行速度不高的電梯上。

絕對(duì)值編碼器是通過碼盤或條形碼上的刻度來確定電梯的位置，現(xiàn)最常見的方式是通過安裝在轎頂上的傳感器采集貫穿整個(gè)井道的條形碼帶，通過讀取條形碼上的代碼信息來確定電梯的位置，再通過條碼上兩點(diǎn)間的距離和運(yùn)行時(shí)間計(jì)算出電梯運(yùn)行速度，也就是移動(dòng)頻率。絕對(duì)值編碼器能實(shí)現(xiàn)電梯的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，可以應(yīng)用到任何速度的電梯上。

2.2 邏輯子系統(tǒng)

終端速度監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯子系統(tǒng)主要由兩個(gè)安全微控制單元（簡(jiǎn)稱MCU）組成。每個(gè)MCU獨(dú)立采集信號(hào)來實(shí)時(shí)定位電梯位置和運(yùn)行速度，并邏輯判斷減速是否有效，若無效，通過輸出子系統(tǒng)動(dòng)作安全回路中的終端速度輸出開關(guān)，切斷曳引機(jī)電源和制動(dòng)機(jī)電源。

2.3 最終元件子系統(tǒng)

終端速度監(jiān)控系統(tǒng)的最終元件子系統(tǒng)是曳引機(jī)輸出接觸器和制動(dòng)器。

3、終端速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

終端速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屬于電梯的安全保護(hù)系統(tǒng)的一部分，它具有：（1）能檢測(cè)電梯運(yùn)行狀態(tài)（檢修或者正常運(yùn)行）;（2）能監(jiān)測(cè)靠近層站時(shí)，電梯運(yùn)行速度是否為安全運(yùn)行速度，特別是運(yùn)行到兩端站時(shí)，運(yùn)行速度能保證轎廂或者對(duì)重碰到緩沖器時(shí)的速度不大于緩沖器最大沖擊速度。

若上述功能不符合設(shè)定要求，則切斷曳引機(jī)電源和制動(dòng)器電源，終端速度監(jiān)控系統(tǒng)的功能框架圖如圖2所示。

電梯在整個(gè)運(yùn)行過程中，當(dāng)駛向端站方向并進(jìn)入限速區(qū)域后，如果電梯速度超過限速曲線，則觸發(fā)電梯安全回路繼電器，切斷電梯電源和制動(dòng)器電源，使電梯急停。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB7588-2003電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版，2004.

（特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，遼寧 鞍山 114000）