井道信息安全模塊系統在電梯中的應用

尹建峰

（菱王電梯股份有限公司，廣東 佛山528225）

0 引言

傳統電梯井道安全和位置檢測元件包括符合標準GB7588—2003 10.5的極限開關，控制用的限位開關、端站強迫減速開關和用于準確平層的轎廂平層位置感應器及對應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，還需單獨增加井道位置檢測元件和符合安全型式試驗驗證的控制電路板。為防止因電梯轎廂意外移動而發生人員傷亡事故，在新版本的GB7588意見稿中還首次加入了防轎廂意外移動（UCM）條款，該條款的實現對現有電梯在檢測、控制方面都提出了新的要求。井道信息安全模塊系統通過對電梯井道絕對位置的采集及與控制系統的可靠協調工作，可代替完成以上井道元件的功能作用，并具有獨有的功能、性能及使用特點。

1 電梯井道轎廂位置檢測及減速控制元件

1.1 轎廂平層位置檢測裝置

通常是采用平層位置感應器與對應裝在導軌上的平層位置遮板互相動作來保證電梯轎廂準確平層。為保證準確平層，在現場調試中，一般是先反復調整井道導軌上安裝的遮板位置，再通過系統軟件精調來實現。當電梯運行時，如發生鋼絲繩打滑或井道位置數據丟失，控制系統要通過井道內固定位置來進行校正。如電梯配用提前開門及開門再平層功能，除以上平層感應器外，為保證安全還要另外再配置一套平層感應器，以可靠實現以上功能。

1.2 轎廂井道運行上下強迫減速開關、極限開關

電梯運行時，事先在井道上下端站安裝有限位開關和極限開關，以確保電梯運行到端站，因意外失控不能按正常控制曲線進行減速時，轎廂觸發端站強迫減速開關，系統通過強制性的控制運行方式讓轎廂減速運行。不同梯速開關安裝的距離也不同，減速開關信號通過井道內布置的電纜引入機房控制柜。當電梯失控沖過行程時，通過安裝在井道內的極限開關強制讓電梯停止。

1.3 井道位置數據檢測

在電梯正常運行前都要學習確定井道行程高度、各樓層平層位置及井道內各種開關位置數據，這一點目前大多通過曳引機配置的高精度旋轉編碼器來實現。旋轉編碼器每轉輸出固定的脈沖數，通過計算可以轉換成精確的位移和速度信號供控制系統讀取。當轎廂運行過程中鋼絲繩因種種原因與曳引輪產生位移誤差時（俗稱鋼絲繩打滑），控制系統要重新通過一個固定點來進行位置校正，比如在電梯基站位置或平層位置。因此，轎廂通過編碼器方式獲取的并不是一個絕對的井道位置數據。

2 電梯提前開門／開門再平層運行及UCM功能

2.1 電梯提前開門／開門再平層運行

電梯在平層時實現提前開門或開門再平層功能是一種特殊模式下的運行方式，在實際應用中非常有用，很受用戶歡迎。由于系統要短接門鎖回路讓電梯運行，因此，確保運行安全是第一位。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相關電路板型式試驗驗證。同樣，當需要調整提前開門動作量時，要對井道內安裝的平層遮板和轎廂上的平層感應器距離進行協調調整，甚至更換井道內各樓層平層遮板。

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功能，簡稱UCM功能。該功能對防止因轎廂意外移動而對乘客造成的傷害起了重要作用，我國新版的GB7588電梯標準意見稿中也增加了該條款。實現UCM功能，應包括一套對轎廂離開門區位置的檢測裝置或檢測單元，通過該裝置來判斷轎廂是否已離開平層區或開鎖區，并且在電梯主電源斷電情況下也能進行檢測和執行保護動作。目前主要是采用電子式限速器實現UCM功能，并通過安裝在上面的編碼器的讀數值來檢測和確定轎廂的意外移動距離。

3 井道信息安全模塊系統

井道信息安全模塊系統采用經過長期考驗的磁柵尺技術，以高精度測量電梯轎廂在井道中的絕對位置，從而實現對電梯轎廂運行的直接控制，可取代傳統電梯井道位置編碼器式的間接測量技術，主系統通過安全控制模塊系統的輸出信號完成平層、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包括磁柵尺及傳感器測量單元和安全模塊控制單元。

3.1 磁柵尺及傳感器測量單元

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

磁柵尺相當于一個直接安裝在電梯轎廂上的安全的絕對值編碼器，其內部特殊的隨機碼RANDOM－Code可在1 000 m的測量范圍內達到±0.5 mm的準確度，位置精度可達1 mm，最高分辨率可達0.062 5 mm。數據的讀取是無接觸式、高精度和可重復性的。由于測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位移誤差，因此，通過這種方式得到的電梯井道數據是真正的絕對位置數據，甚至在長時間無電源情況下，系統上電后重新讀取也無需校對。對磁柵尺數據的讀取采用專門的讀取傳感器單元，該單元中有兩個讀取傳感器，二者是物理性分開的，并且內置的監控系統始終對這兩個傳感器的工作狀態進行檢測，如果其中一個傳感器停止正常運行，則讀取單元自動激活另一個的備份，同時向上位控制器報告故障，以確保整個系統絕對可靠工作。同樣，該單元也具有抗煙霧、抗污染、抗油垢、防潮濕、防振動和防振蕩的特性，非常適合在電梯井道環境中應用。

3.2 安全模塊控制單元

安全模塊控制單元是一個通過安全型式試驗認證的控制器，可直接作為電氣安全部件進行控制使用。該控制器讀取井道磁柵尺的數據，可通過多種通訊接口——SSI、CAN、CANO－pen（滿足DS406和DS417標準）、RS422、RS485與主控制系統進行通訊，監視、控制轎廂的位置、速度、平層位置狀態、限位開關或端站減速點位置，實現提前開門／開門再平層和UCM功能對轎廂井道位置數據的要求。由于控制器本身已通過了安全認證檢測，因此由控制器安全繼電器輸出控制信號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，供電梯主系統完成對電梯以上功能的控制。安全模塊內部框圖如圖1所示。

圖1 安全模塊內部框圖

4 井道信息安全模塊系統在電梯中的典型應用及對比分析

4.1 電梯轎廂位置及井道數據

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

（2）對鋼絲繩打滑導致的位置偏差不需要進行系統校正。

（3）獲得的位置信號精度高、重復性好，即使長時間斷電后仍能準確進行定位，而不需要重新進行井道自學習。

4.2 轎廂平層位置及減速點位置

（1）傳統電梯調整轎廂平層、井道遮板位置及強迫減速開關位置，都是通過現場人工作業方式來完成。采用井道信息安全模塊后，由于獲取的是絕對位置信號，對以上位置的調整只需要通過軟件就能精準實現，對門區的距離調整非常方便、快捷，完全可以取代傳統電梯井道樓層平層遮板及轎廂平層感應器調整方法。

（2）井道內減速點位置同樣可由軟件進行設置調整，并可由安全控制器輸出強迫減速信號，完全取代傳統電梯中的各減速開關和連接電纜。

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數據和模塊控制器的安全特性，同樣可以通過井道信息安全模塊實現提前開門／開門再平層功能，提前開門量和位置的確定不再需要傳統的對井道遮板的更換和調整來完成，只需通過采集到的井道絕對位置數據，由主系統軟件來調整即可，可靠、方便、快捷又節省人工費。

4.4 UCM功能

實現UCM功能，首先要對轎廂發生的意外移動及移動距離進行判定，繼而與主控制系統和UCM控制裝置一起完成UCM保護功能。由于磁柵尺具有讀取井道和轎廂絕對位置數據的特點，很顯然，對轎廂意外移動距離的判定非常容易，即使在主電源斷電情況下，通過后備的UPS電源也能實現。

5 結語

本文針對傳統電梯井道數據獲取方法、轎廂平層實現方式、井道內各強迫減速開關位置的設定方式以及提前開門／開門再平層功能和UCM功能的實現原理，提出了采用井道信息安全模塊系統代替傳統電梯對以上領域的應用，該系統安全、可靠、耐用，維護調整方便、快捷，安裝方便。文中同時分析比較了兩者的技術特點，為井道信息安全模塊在傳統電梯中的應用、改造以及傳統電梯的技術提升提供了一些新思路。

［1］GB7588—2003 電梯制造與安裝安全規范［S］.

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

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

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