電梯安全風(fēng)險(xiǎn)分析及智能化安全控制策略

顧 誠(chéng)

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院太倉(cāng)分院，江蘇 蘇州215400）

0 引言

電梯是集機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)、材料等多個(gè)因素于一體的復(fù)雜機(jī)電設(shè)備，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工安裝、使用到后期維護(hù)檢修的周期鏈條較長(zhǎng)。尤其對(duì)于垂直上下的電梯，其曳引、轎廂、導(dǎo)向等裝置均設(shè)置在相對(duì)封閉的環(huán)境內(nèi)，對(duì)于電梯故障，人工很難直觀做出判斷，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)存在隱患或出現(xiàn)故障，將可能引發(fā)剪切、擠壓、墜落、撞擊等多種設(shè)備事故，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人員傷亡。例如，2012年溫州市某單位的電梯轎廂突然上行，發(fā)生剪切事故，造成一人當(dāng)場(chǎng)死亡；2014年沈陽(yáng)華陽(yáng)國(guó)際大廈的電梯從27層發(fā)生滑落事故，造成多人受傷……多地頻發(fā)的電梯傷人事故，深刻地拷問了電梯的生產(chǎn)商和維護(hù)方。如何在保證電梯運(yùn)行效率的前提下，降低電梯運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高其穩(wěn)定性和安全性，成為電梯行業(yè)亟需解決的重大問題之一。

1 電梯安全風(fēng)險(xiǎn)分析

電梯屬于特種設(shè)備，通常由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)及承載系統(tǒng)等多個(gè)復(fù)雜功能模塊構(gòu)成，因此其潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)因素也復(fù)雜多樣。根據(jù)電梯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及電梯事故的大量案例分析，電梯的安全風(fēng)險(xiǎn)因素主要分為機(jī)械、材料和電氣三個(gè)方面，如圖1所示，三種因素相互獨(dú)立，又會(huì)相互影響，一旦發(fā)生電梯事故就會(huì)造成人員被困、傷亡等。

圖1 電梯安全風(fēng)險(xiǎn)因素三葉草示意圖

一般來說，電梯機(jī)械故障通常會(huì)引起重大電梯事故。根據(jù)現(xiàn)有的電梯監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)章規(guī)定，在電梯單個(gè)層門或多個(gè)層門處于打開狀態(tài)時(shí)，電梯均不能正常啟動(dòng)或繼續(xù)運(yùn)行。電梯層門通過層門機(jī)械鎖控制，當(dāng)電梯層門打開時(shí)，層門門鎖電氣開關(guān)觸點(diǎn)斷開，機(jī)械鎖響應(yīng)鎖死電梯，不能繼續(xù)運(yùn)行。但是，由于門鎖的使用頻率非常高，一旦維護(hù)不當(dāng)，容易發(fā)生機(jī)械磨損、電氣開關(guān)觸點(diǎn)銹蝕等問題，造成層門門鎖或電氣開關(guān)觸點(diǎn)動(dòng)作不可靠，從而在電梯轎廂運(yùn)行中，容易在轎廂地坎與層門地坎間發(fā)生剪切事故。

電梯溜車事故同樣非常危險(xiǎn)，轎廂在失控狀態(tài)下加速上行或下行，極易造成電梯沖頂或蹾底及不能平層，導(dǎo)致撞擊、擠壓、墜落等嚴(yán)重電梯事故。引起電梯溜車事故的原因主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）超載溜車。目前國(guó)內(nèi)電梯一般都安裝有超載保護(hù)裝置，通過將轎廂體與轎底分離，將超載稱重感應(yīng)裝置設(shè)置在轎底地板下，當(dāng)轎廂內(nèi)承載重量變化時(shí)，轎廂底會(huì)上下浮動(dòng)進(jìn)行稱重，一旦載重超過額定值的10%，會(huì)觸發(fā)超載控制電路，發(fā)出蜂鳴、提示音等報(bào)警信號(hào)，同時(shí)切斷電梯控制電路，電梯無法完成關(guān)門、上下行動(dòng)作。但是若電梯長(zhǎng)期使用而維修保養(yǎng)不及時(shí)，一旦超載，報(bào)警裝置的相關(guān)器件如速度繼電器、感應(yīng)采集傳感器等失效，很容易引發(fā)超載溜車事故。

（2）曳引力不足。電梯主要靠曳引系統(tǒng)輸出和傳遞動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)電梯上下運(yùn)行。當(dāng)曳引系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)件，如導(dǎo)向輪、曳引輪的選型及安裝不符合要求時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致曳引鋼絲繩過度磨損，使得曳引輪與鋼絲繩之間摩擦制動(dòng)力不足，引發(fā)電梯溜車。

（3）制動(dòng)系統(tǒng)失效。制動(dòng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電梯平層時(shí)平穩(wěn)停止的關(guān)鍵構(gòu)件，其故障原因主要包括電氣故障、機(jī)械故障和材料缺陷等方面。例如，由于長(zhǎng)期使用或維護(hù)不當(dāng)，制動(dòng)器抱閘回路觸點(diǎn)發(fā)生粘連或接觸不良，導(dǎo)致制動(dòng)器無法抱閘或打開不完全，使得閘瓦和制動(dòng)輪間磨損加劇甚至斷裂，最終造成制動(dòng)失效。此外，制動(dòng)器的閘瓦需要具備耐磨、易散熱等特性，一旦閘瓦的材質(zhì)內(nèi)部夾渣或存在氣孔，性能就會(huì)下降，在制動(dòng)過程中容易發(fā)生磨損和斷裂，導(dǎo)致制動(dòng)失效。

此外，電梯是一種復(fù)雜的電氣設(shè)備，涉及控制電路、安全電路等大量的電路系統(tǒng)和大量的電子元器件，而電梯井道環(huán)境相對(duì)封閉，溫度、濕度變化復(fù)雜，會(huì)加劇電子電氣元件絕緣老化甚至擊穿，故易引發(fā)電氣系統(tǒng)短路、火災(zāi)等嚴(yán)重事故。

2 電梯的智能化安全控制策略

電梯的安全風(fēng)險(xiǎn)因素多種多樣，機(jī)械因素、材料因素和電氣因素彼此之間互相關(guān)聯(lián)，再加上部分使用單位和維護(hù)單位未對(duì)電梯進(jìn)行合理的管理及后續(xù)維修保養(yǎng)，使得電梯安全風(fēng)險(xiǎn)增加，這就導(dǎo)致了電梯事故頻發(fā)。因此，需要基于電梯安全風(fēng)險(xiǎn)因素和大量的電梯事故案例分析，將電梯安全控制與多種先進(jìn)技術(shù)，如互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、控制系統(tǒng)技術(shù)、節(jié)能環(huán)保技術(shù)、安全性能技術(shù)及新材料等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電梯事故的智能化監(jiān)測(cè)、診斷和處理，以提高電梯運(yùn)行的安全性和智能化水平。

2.1 依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建遠(yuǎn)程無線監(jiān)控平臺(tái)

傳統(tǒng)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，如傳統(tǒng)人工值守、有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控存在數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性差、鋪設(shè)成本高等問題，難以適應(yīng)當(dāng)前電梯智能化、人性化的發(fā)展需求。而基于專用無線網(wǎng)絡(luò)或全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）的電梯無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控距離局限性小，可以依現(xiàn)代化通信手段如GPRS和Internet互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和通信，從而將故障風(fēng)險(xiǎn)發(fā)送到維修人員的手機(jī)或PC 監(jiān)控終端，以便及時(shí)實(shí)施故障處理和救援。然而，電梯型號(hào)多種多樣，安裝分布也較分散，其軟硬件接口標(biāo)準(zhǔn)并不完全統(tǒng)一，通常都是電梯企業(yè)來研發(fā)針對(duì)特定電梯的直線管理網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)兼容性和通用性較差，成本較高，且難以實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)借助射頻設(shè)備、紅外感應(yīng)終端等多種傳感技術(shù)，依托電信通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種物理對(duì)象的自動(dòng)識(shí)別、物品之間的互通互聯(lián)和海量信息數(shù)據(jù)處理。其將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到電梯的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，利用感應(yīng)終端采集電梯層門開關(guān)信號(hào)、電梯運(yùn)行和停止信號(hào)、電梯故障報(bào)警信號(hào)等多項(xiàng)信息，然后通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議傳輸?shù)綗o線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，最后通過網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心的監(jiān)控服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，從而第一時(shí)間通知相關(guān)人員進(jìn)行故障分析和消除，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯故障的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控。

2.2 借助人工智能理論，實(shí)現(xiàn)電梯故障的智能化診斷及響應(yīng)

傳統(tǒng)的電梯故障診斷需要對(duì)電梯進(jìn)行較為全面的監(jiān)測(cè)，采集其速度、溫度、電壓、電流、噪聲等多種模擬量信號(hào)以及電梯啟停信號(hào)、開關(guān)門信號(hào)、平層信號(hào)等數(shù)字量信號(hào)，進(jìn)而通過人工分析判斷電梯是否處于異常狀態(tài)或故障狀態(tài)，這種方法存在很大的局限性。

人工智能理論及技術(shù)的發(fā)展，如專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子群算法、混沌理論、遺傳算法等，為電梯故障診斷的智能化提供了技術(shù)支撐。圖2為基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電梯故障智能診斷流程圖，電梯上設(shè)置的傳感終端采集電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并實(shí)時(shí)存入故障數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)，Matlab軟件編程會(huì)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，從而診斷出故障類型，并將該次診斷結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備下次讀取和判斷。此外，本次診斷結(jié)果會(huì)通過監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，從而便于維護(hù)人員有針對(duì)性地采取維修和保養(yǎng)措施，提高了電梯故障排除的效率。

圖2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電梯故障智能化診斷流程

3 結(jié)語(yǔ)

為了減少電梯事故造成的人員被困和傷亡情況，分析電梯安全風(fēng)險(xiǎn)因素，并結(jié)合先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)或預(yù)測(cè)電梯故障，實(shí)現(xiàn)電梯的人性化、便捷化和智能化發(fā)展，這對(duì)維修人員進(jìn)行電梯故障排除和維修以及故障后的救援行動(dòng)都具有重要意義。

［1］方學(xué)寵.一起雜物電梯發(fā)生剪切事故的案例分析［J］.電梯工業(yè)，2013（6）：44.

［2］李寧鋒.一起溜車事故案例分析［J］.特種設(shè)備安全技術(shù)，2006（2）：48－50.

［3］王林林.電梯故障預(yù)測(cè)及遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2013.