功能安全與電梯智能化主動安全技術展望

張懷繼

【摘? 要】論文運用功能安全技術，區分電梯基本安全和輔助安全概念，引入主動安全理念，針對不同的安全風險對電梯安全措施實施分級管理，研究運用和推廣物聯網、人工智能、大數據等新技術構建智能化的電梯主動安全系統，將極大地提升未來電梯的安全性、可靠性以及電梯人機交互友好性。

【Abstract】This paper uses functional safety technology to distinguish the concept of basic safety and auxiliary safety of elevator， introduces the active safety concept， and carries out hierarchical management of elevator safety measures according to different safety risks. This paper studies the application and promotion of internet of things， artificial intelligence， big data and other new technologies to build an intelligent active safety system of elevator， which will greatly improve the safety and reliability of elevator and the friendliness of elevator human-computer interaction in the future.

【關鍵詞】電梯;功能安全;智能化主動安全

【Keywords】elevator; functional safety; intelligent active safety

【中圖分類號】TU857? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）08-0175-02

1 引言

電梯安全問題日益成為我國社會各界關注的焦點，在用電梯的安全狀況屢受社會輿論的質疑。安全是將不可接受的風險得到有效控制，安全風險是否符合社會公眾預期，安全水平是否能被公眾接受，是電梯安全責任的目標。伴隨社會經濟的發展和公眾安全需求的提升，電梯安全理念需要更新，電梯安全狀況亟待改善。

經過近150年的發展，現代電梯安全措施非常完善，世界各國電梯從業者也在持續提升電梯安全水平和電梯質量。但由于社會發展水平不同和公眾需求差異，我國電梯安全現狀已經不能滿足社會需求。由于電梯行業保守的安全理念，使得新技術的運用處于相對落后的水平。

近年來，隨著IEC 61508《電氣/電子/可編程電子安全相關系統的功能安全》系列標準的發布，功能安全技術在核工業、過程控制領域和機械安全領域有了長足的發展，也為電梯安全理念的提升和智能技術的運用奠定了基礎。

2 功能安全的基本概念

功能安全是指電氣/電子/可編程系統（E/E/PE）的安全相關系統自身的安全性問題，功能安全是建立在風險評估和可靠性理論之上，提出電氣/電子/可編程安全相關系統（E/E/PE）的全生命周期安全和安全完整性等級的概念，通過建立完整的體系和貫穿始終的安全評估，使得電氣/電子/可編程系統（E/E/PE）安全功能的安全性和可靠性得到保證。實施功能安全本質上就是控制風險，風險是危險事件發生的概率及其后果嚴重性的組合。實施功能安可以把安全問題轉化為風險控制問題，通過控制風險，達到要求的安全水平。

功能安全評估是對安全完整性等級要求實現的引導和評價。功能安全評估是系統性的工作，需要制定科學和標準的評價流程。電梯電氣安全裝置的評價流程：確認安全功能和安全狀態目標、技術文檔完整性、硬件目標失效率和完整性結構約束，確認軟硬件設計和實現的通用措施，對相關SIL等級的特定措施的確認。

功能安全評估過程中需要對關鍵環節開展各種檢查和測試，確保每個步驟的正確性得到驗證和確認。功能安全測試是安全功能規范性、安全性和可靠性驗證和確認的重要手段，貫穿安全系統開發的全過程。功能安全測試包括安全功能測試、溫度環境和機械應力測試、電磁兼容性測試等。

3 電梯電氣安全裝置的定義

GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規范》對電梯電氣安全裝置的定義為：當附錄A（標準的附錄）給出的電氣安全裝置中的某一個動作時，應按規定防止電梯驅動主機啟動，或使其立即停止運轉。

電梯電氣安全裝置的實現經歷三個階段：繼電器時代，由安全觸點、安全繼電器和接觸器組成;簡單邏輯電子電路階段，由安全電路、安全繼電器和接觸器組成;可編程電子電路階段，由可編程電子安全電路、安全繼電器和接觸器組成。根據實現的技術方式，電梯電氣安全裝置有如下定義：電梯電氣安全裝置是指由安全觸點開關或安全電路組成的電氣安全保護措施，具有檢測和判斷危險狀態的出現，發出限制運行、防止啟動或停機指令，避免機械風險增加的安全功能。含有電子元件的安全電路（簡單邏輯電子電路）是指含有電子元件的具有確定的失效模式的電氣和（或）電子安全相關系統。

可編程電子安全相關系統是指用于電梯、自動扶梯和自動人行道的電氣安全裝置，基于可編程電子裝置的用于控制、防護、檢測系統，包括系統中所有元素（例如，電源、傳感器和其他輸入裝置，數據高速公路和其他通信途徑，以及執行器和其他輸出裝置）。用于電梯的可編程電子安全相關系統簡稱PESSRAL，用于自動扶梯和自動人行道的可編程電子安全相關系統簡稱PESSRAE。

4 電梯智能化主動安全技術的實現和展望

現行電梯標準關于電氣安全裝置的定義和要求，主要依賴于電氣和簡單邏輯電子電路等傳統技術手段，雖然可編程電子安全相關系統已經可以用于電梯電氣安全裝置，但對于電梯安全裝置和安全功能的需求沒有提升，僅僅采用可編程電子安全相關系統完成電氣繼電器和簡單邏輯電子電路階段約定的電梯安全功能，這種簡單的替代并不能夠本質地提升電梯的安全性和可靠性，可編程電子安全相關系統功能的安全技術優勢也沒有得到徹底發掘。

早在2003年，國家質檢總局發布的《特種設備安全監察條例》就將電梯困人2h以上列為一般特種設備事故，但現行電梯安全技術標準和產品將乘客被困視為是一種安全狀態，電梯安全理念并沒有將困人視為較重大的安全風險。乘客被困是安全狀態的理念導致現行電梯技術和標準中，電氣安全裝置和門鎖裝置一旦起作用，電梯將緊急停止運行而進入等待救援狀態。沒有授權人員的介入電梯不被允許恢復正常運行。目前，電梯電氣安全裝置和門鎖裝置誤動作是電梯困人的主要原因。智能化電氣安全裝置驗證技術可以使電梯控制系統自動識別電氣安全裝置和安全功能的真實狀態，而且可以根據風險的高低，采取控制電梯進入不同安全級別的應對方式，如記錄故障發出檢修指令，完成本次服務放出乘客待機，限制服務樓層或運行速度，低速返回基站放客待機進入安全狀態。

近年來，由于電梯制動器故障所引起的轎廂意外移動、沖頂和蹲底而導致的電梯乘客傷害事故呈現增加的趨勢，為了避免這類事故發生，新增加了電梯“轎廂意外移動保護裝置”要求，增加了用于意外移動保護裝置的冗余性工作制動器自監測的要求。制動器的自監測功能實現需要對監測對象的狀態進行采集、對比、分析和發出應對指令，實現方式屬于可編程電子安全相關系統的要求，而采用傳統的安全電路是幾乎不可能實現自監測功能。增加前端監測傳感器，利用可編程相關安全系統技術構建新的制動器等安全部件監測功能是未來電梯關鍵安全部件主動監測技術發展的必由之路。

老年人和未成年人往往成為電梯傷害事故的主角，電梯行業對這兩類人群重視程度不夠，電梯安全技術要求和措施不足是造成傷害的深層次原因，僅提出監護人協助乘坐電梯的要求，并沒有按照老年人和未成年人的生理和身體需求設置安全防護和保護裝置。近年來，電梯物聯網的普及推廣也僅僅是對采集的電梯故障狀態信號進行及時記錄和傳遞，無法實現主動安全，無法直接參與電梯的安全控制而實際降低電梯故障和事故率。2020年1月，新冠病毒肆虐，電梯轎廂成為病毒傳播的高危場所，傳統技術下乘客操作電梯的方式為新冠肺炎預防帶來嚴重問題。電梯遠程預約，物聯網操作，人臉識別登記等技術迅速發展，但其安全性和規范性需要組織和引導，新技術的采用不能以犧牲電梯安全為代價。

目前，我國5G、物聯網、人工智能、大數據等新技術快速發展，處于世界領先水平，但這些新技術在電梯領域的使用進展緩慢。電梯行業對可編程電子安全相關系統技術的認識和運用不足，是制約新技術在電梯安全領域發展的主要問題。

我國電梯制造業規模龐大，但距離電梯技術強國還有較大差距，一是國際知名品牌占有60%的市場份額;二是電梯安全技術標準等效采用歐洲標準，沒有話語權。現代電梯安全技術和要求與我國公眾需求差距較大，由于相對保守的安全觀念，技術更新速度相對緩慢。安全理念創新和新技術的快速使用將極大提升我國電梯制造業水平，運用功能安全技術，建立電梯智能化主動安全的概念，推動5G、物聯網、人工智能、大數據等新技術在電梯安全領域的運用，以技術創新為基礎提升未來電梯的安全性、可靠性和友好性。

【參考文獻】

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