電梯運行狀況監(jiān)控及安全預(yù)警系統(tǒng)的研究

杜陽堅，楊頌，王賢斌，趙寧，黃興傳，陳銘

（江西省特種設(shè)備檢驗檢測研究院九江分院，江西 九江 332099）

1 背景

截至目前，我國電梯超過700萬臺，年增長率在5%～10%，全球保有量第一。電梯已普遍應(yīng)用于生活小區(qū)、商場、酒店、辦公樓等，與人們生活密不可分。然而隨著電梯年限變長、數(shù)量增多、使用或維護不當(dāng)?shù)纫蛩兀娞莨收系陌l(fā)生也隨之增多。傳統(tǒng)的電梯檢驗檢測，只是對檢驗時的狀態(tài)進行測量評估，檢驗周期一年，期間可能發(fā)生的電梯隱患難以把控，從而導(dǎo)致電梯事故時有發(fā)生。

國內(nèi)外對于電梯的安全運行提出了很多監(jiān)控管理方面的解決方案并且開發(fā)了相應(yīng)的系統(tǒng)。國外已經(jīng)擁有較為成熟的電梯監(jiān)控系統(tǒng)。例如，德國的Thyssen Krupp公司為該公司生產(chǎn)的升降電梯和扶梯開發(fā)了具有緊急呼救功能，誤操作檢測、報錯等功能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)電梯發(fā)生故障能夠?qū)崿F(xiàn)電話報警。日本的日立電梯公司開發(fā)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)可以對其生產(chǎn)的電梯進行24h全程監(jiān)控，并具有查看運行日志功能。通力電梯公司（KONE）為旗下的電梯開發(fā)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)具有獨特的運行記錄回放功能。奧的斯電梯公司（OTIS）為該公司的電梯開發(fā)了智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有分級報警功能，能夠在電梯發(fā)生故障時顯示電梯所在地點。

國內(nèi)的電梯監(jiān)控技術(shù)起步相對較晚，國內(nèi)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)更側(cè)重于電梯自身的監(jiān)測。雖然我國已經(jīng)在電梯無人遠程監(jiān)控方面有了一定的發(fā)展，但無論國內(nèi)外的電梯監(jiān)測系統(tǒng)，大多為電梯自有品牌自帶在電梯控制系統(tǒng)的自身監(jiān)測，不具備移植性和普遍適用性。部分國內(nèi)電梯監(jiān)控系統(tǒng)可以獨立于電梯自身監(jiān)控系統(tǒng)建立，但缺乏運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的邏輯分析、智能輸出電梯運行狀況安全評估報告、安全預(yù)警功能及緊急處理功能的特性。

2 電梯運行狀況監(jiān)控及預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)

電梯物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是為了解決電梯安全問題而提出的概念，數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、中心處理部分以及應(yīng)用軟件共同構(gòu)成了完整的電梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。采集模塊采集電梯運行數(shù)據(jù)進行分析并上傳到互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心，結(jié)合平臺應(yīng)用軟件，從而實現(xiàn)了各相關(guān)單位對電梯實時有效的監(jiān)管維護。

電梯物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最大的特點在于它帶有信息處理與分享功能。電梯接入物聯(lián)網(wǎng)后，信息實時上傳云平臺，根據(jù)需求的不同，系統(tǒng)將信息各有側(cè)重地傳送給物業(yè)、維保、特種設(shè)備檢驗檢測機構(gòu)以及監(jiān)督管理機構(gòu)等部門，漏報瞞報幾乎沒有可能。該技術(shù)方案由PC端電梯運行狀況監(jiān)控及安全預(yù)警系統(tǒng)、現(xiàn)場電梯運行狀況監(jiān)控終端裝置、多傳感器聯(lián)動監(jiān)測模塊、實時遠程數(shù)據(jù)傳輸模塊、緊急切斷模塊組成，利用電梯運行監(jiān)控終端進行電梯運行狀況監(jiān)測，通過建立的電梯運行故障分析模型，對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析判斷，后臺云服務(wù)器將數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，并智能輸出電梯運行狀況安全評估報告，具備安全預(yù)警功能，如監(jiān)測到緊急工況狀態(tài)，將由緊急切斷裝置進行制停電梯，避免安全事故的發(fā)生。

圖1

3 電梯運行狀況監(jiān)控及預(yù)警終端設(shè)計

3.1 PC端的電梯運行狀況監(jiān)控

基于Windows系統(tǒng)建立PC端的電梯運行狀況監(jiān)控及安全預(yù)警平臺，該系統(tǒng)平臺具有遠程監(jiān)測電梯運行關(guān)鍵參數(shù)功能，結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)及檢規(guī)技術(shù)規(guī)范要求，以及建立電梯運行故障分析模型，通過后臺實時獲取的遠程電梯運行狀況參數(shù)，并結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)及檢規(guī)技術(shù)規(guī)范，進行智能的電梯故障分析分類，通過智能邏輯系統(tǒng)得出相應(yīng)的電梯安全評估報告。同時，通過預(yù)設(shè)的電梯安全預(yù)警警戒閥值，一旦現(xiàn)場電梯運行狀態(tài)達到預(yù)警警戒閾值，系統(tǒng)則自動彈出警告提醒，并通過預(yù)警裝置進行語音播報做到提前預(yù)防，有效降低電梯安全事故發(fā)生率。

3.2 電梯運行狀況監(jiān)控終端裝置及多傳感器綜合安裝布置技術(shù)方案

采用嵌入式系統(tǒng)開發(fā)電梯運行狀況監(jiān)控終端主控板，設(shè)計只需在轎廂頂部安裝布置監(jiān)控終端的技術(shù)方案，避免復(fù)雜布線的弊端。由于電梯的分布情況，不是所有現(xiàn)場都有Wi-Fi、WLAN等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)信號的情況下，本次方案采用4G物聯(lián)網(wǎng)卡和4G傳輸服務(wù)器的連接方式，解決信號傳輸問題。同時，監(jiān)測參數(shù)包括電梯運行速度、安全回路狀態(tài)、門狀態(tài)、平層狀態(tài)、轎廂沖頂、轎廂蹲底等關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)功能。通過采用多傳感器監(jiān)測電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，可遠程傳輸后臺系統(tǒng)。

（1）運行狀態(tài)監(jiān)測：采用高性能的激光旋轉(zhuǎn)編碼器作為速度監(jiān)測傳感器，設(shè)計可穩(wěn)定固定在轎廂頂部復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)環(huán)境的基座系統(tǒng)，通過軟接觸及非剛性連接的方式，減少電梯高速運行時的振動干擾，實現(xiàn)穩(wěn)定的實時速度監(jiān)測。

（2）安全回路監(jiān)測：通過電信號識別技術(shù)，監(jiān)測轎廂頂部的安全回路通斷情況，結(jié)合電梯運行情況進而判斷電梯是否出現(xiàn)異常電路狀況分析。

（3）門狀態(tài)監(jiān)測：監(jiān)測轎廂兩門扇側(cè)合適位置處安裝非接觸感應(yīng)器，監(jiān)測轎門和層門開關(guān)狀態(tài)，判斷是否反復(fù)開關(guān)門、異常開門關(guān)門等狀態(tài)。

（4）轎廂意外移動監(jiān)測：綜合轎廂門開閉狀態(tài)、平層狀態(tài)、運行狀態(tài)的聯(lián)動邏輯，判斷是否出現(xiàn)轎廂意外移動的危險工況。

（5）電梯平層狀態(tài)監(jiān)測：采用非接觸平層監(jiān)測傳感器，實時監(jiān)測轎廂是否在平層區(qū)域，根據(jù)轎廂運行狀態(tài)分析轎廂平層良好或者異常平層等問題。

（6）沖頂狀態(tài)監(jiān)測：在電梯轎廂上行至上極限動作開關(guān)處，安裝布置非接觸的感應(yīng)裝置，一旦達到?jīng)_頂警戒位置，則判定為轎廂沖頂事故發(fā)生。

（7）蹲底狀態(tài)監(jiān)測：在電梯轎廂下行至下限動作開關(guān)處，安裝布置非接觸的感應(yīng)裝置，一旦達到蹲底警戒位置，則判定為轎廂蹲底事故發(fā)生。

3.3 預(yù)警裝置的分布及預(yù)警方式

預(yù)警裝置為語音播報器，其原理是基于無線射頻信號的傳輸特性，進行非接觸式自動識別，從而自動識別被標(biāo)識對象，獲取對應(yīng)數(shù)據(jù)進行交換。智能終端在有效讀取范圍內(nèi)檢測到電子標(biāo)簽時，產(chǎn)生串行中斷，單片機通過RXD引腳讀取并存儲電子標(biāo)簽ID值，然后查詢與讀取的ID號對應(yīng)的語音地址，單片機通過一線串口控制模式控制語音模塊完成對應(yīng)語音信息的準(zhǔn)確播報。該裝置安裝于PC終端旁，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到電梯處于電梯運行狀態(tài)達到預(yù)警警戒閾值時，PC終端監(jiān)測系統(tǒng)將自動彈出警告提醒，并通過預(yù)警裝置進行語音播報被監(jiān)測電梯現(xiàn)場狀態(tài)，提醒管理人員及時預(yù)防，有效降低電梯安全事故發(fā)生率。

3.4 緊急切斷裝置介紹及安裝

緊急切斷裝置由緊急切斷開關(guān)和緊急切斷裝置緊急拉桿部件組成，緊急切斷開關(guān)串聯(lián)進電梯安全回路當(dāng)中，可安裝于電梯轎廂頂部和機房控制柜內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到發(fā)生意外情況時，獲得的切斷指令，通過緊急切斷開關(guān)立即斷開電梯安全回路，觸發(fā)電梯制停部件，緊急停梯，避免意外事故發(fā)生，起到強有力的保護作用。同時緊急切斷裝置緊急拉桿部件包含安裝結(jié)構(gòu)及電動拉桿裝置，安裝固定于電梯轎廂底部安全鉗側(cè)面，當(dāng)接收到系統(tǒng)發(fā)送的動作指令時，電動拉桿裝置拉動電梯轎廂安全鉗楔塊，從而通過導(dǎo)軌裝置制停電梯，起到電氣和機械雙重保護，能夠及時避免剪切事故的發(fā)生。

PC端的電梯運行狀況監(jiān)控的控制中心可以實時顯示指定電梯的狀態(tài)。在發(fā)生故障的時候遠程監(jiān)控中心可以及時報警，使維修人員盡快到達現(xiàn)場處理故障。提供應(yīng)用平臺，物業(yè)、維保、監(jiān)管、用戶等可以通過internet訪問，也可以用智能手機、PAD等移動終端訪問。

4 檢測技術(shù)分析

根據(jù)GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》的要求：

層門門鎖要求：7.7.2.1除了7.7.2.2情況外，如果一個層門或多扇層門中的任何一扇門開著，在正常操作情況下，應(yīng)不能啟動電梯或保持電梯繼續(xù)運行，然而，可以進行轎廂運行的預(yù)備操作。

7.7.3.1 鎖緊轎廂運動前應(yīng)將層門有效地鎖緊在閉合位置上，但層門鎖緊前，可以進行轎廂運行的預(yù)備操 作，層門鎖緊必須由一個符合14.1.2要求的電氣安全裝置來證實。

14.1.1 故障分析在14.1.1.1中所列出的任何單一電梯電氣設(shè)備故障，如在14.1.1.2和(或)附錄H所述條件下，其本身不應(yīng)成為導(dǎo)致電梯危險故障的原因。

極限開關(guān)：10.5.1總則極限開關(guān)應(yīng)設(shè)置在盡可能接近端站時起作用而無誤動作危險的位置上。極限開關(guān)應(yīng)在轎廂或?qū)χ?如有)接觸緩沖器之前起作用，并在緩沖器被壓縮期間保持其動作狀態(tài)。10.5.2.1正常的端站停止開關(guān)和極限開關(guān)必須采用分別的動作裝置。

而TSG T7001-2009《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強制驅(qū)動電梯》（含2號修改單）的要求：

門鎖回路：應(yīng)當(dāng)具有門回路故障保護功能，當(dāng)轎廂在開鎖區(qū)域內(nèi)、轎門開啟且層門門鎖釋放時，監(jiān)測檢查轎門關(guān)閉位置的電氣安全裝置、檢查層門門鎖鎖緊位置的電氣安全裝置和轎門監(jiān)控信號的正確動作；如果監(jiān)測到上述裝置的故障，能防止電梯的正常運行。

極限開關(guān)：3.10井道上下兩端應(yīng)當(dāng)裝設(shè)極限開關(guān)，該開關(guān)在轎廂或者對重(如有)接觸緩沖器前起作用，并且在緩沖器被壓縮期間保持其動作狀態(tài)。強制驅(qū)動電梯的極限開關(guān)動作后，應(yīng)當(dāng)以強制的機械方法直接切斷驅(qū)動主機和制動器的供電回路。

運行狀態(tài)：轎廂分別空載、滿載，以正常運行速度上、下運行，呼梯、樓層顯示等信號系統(tǒng)功能有效、指示正確、動作無誤，轎廂平層良好，無異?，F(xiàn)象發(fā)生。

以上標(biāo)準(zhǔn)及檢規(guī)分別對電梯門鎖、極限開關(guān)、運行狀態(tài)進行了要求，并明確了檢驗方法。本技術(shù)方案在于提供一種操作方式簡單、操作便捷、實用性強的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯運行狀態(tài)監(jiān)測及異常工況緊急切斷系統(tǒng)，能實時監(jiān)測電梯的運行狀態(tài)并分析運行異常情況等問題。該裝置具有電梯安全狀態(tài)實時監(jiān)控功能，可進行數(shù)據(jù)分析，智能化判斷電梯異常狀態(tài)，并通過電氣和機械“雙保險”緊急制停電梯，從而避免嚴(yán)重事故的發(fā)生。

該系統(tǒng)通過高性能傳感器進行采樣電梯運行狀態(tài)中的制動性能情況，篩選出電梯從額定速度減速至停梯的有效行程數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，當(dāng)監(jiān)控到一段有效行程制停移動的距離明顯大于之前統(tǒng)計數(shù)據(jù)的平均值，該裝置通過蜂鳴器進行預(yù)警，在PC終端和管理員端進行語音預(yù)警，通知相關(guān)人員進行下一步排查，判斷是否存在異常，并及時解決安全隱患。同時監(jiān)測在電梯安全回路斷開時，電梯轎廂是否移動，預(yù)警電梯轎廂異常狀態(tài)，避免電梯發(fā)生剪切事故，如存在該緊急狀態(tài)，則通過緊急切斷裝置進行緊急處理。

該系統(tǒng)可設(shè)計遠程監(jiān)測電梯運行關(guān)鍵參數(shù)功能，建立電梯運行狀況監(jiān)控大數(shù)據(jù)；結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)及檢規(guī)技術(shù)規(guī)范，建立電梯運行故障分析模型，設(shè)計智能得出運行狀況安全評估報告，為特檢機構(gòu)提供具體可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)及評估報告。

5 結(jié)語

電梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)正是為適應(yīng)我國電梯行業(yè)的發(fā)展趨勢，該系統(tǒng)通過專用的感應(yīng)器，采集電梯相關(guān)運行數(shù)據(jù)，通過微處理器進行非常態(tài)數(shù)據(jù)分析，經(jīng)由多種傳輸方式進行數(shù)據(jù)傳輸，由服務(wù)器進行綜合處理，對電梯各種故障、運行、統(tǒng)計信息進行采集、分析，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量，確保第一時間通知專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場排除故障、解救被困乘客；電梯維護保養(yǎng)單位可遠程對現(xiàn)場維保人員進行監(jiān)督和技術(shù)支持，以確保其及時準(zhǔn)確地完成維保工作及應(yīng)急救援；實現(xiàn)電梯故障報警、困人救援、日常管理、隱患防范、質(zhì)量評估、多媒體傳輸?shù)裙δ艿木C合性電梯管理平臺，為電梯的安全運行提供了第三重保障。