轎廂意外移動裝置的檢測儀器研究

吳蔚峰，鄭信勇，王曾赟

（福建省特種設備檢驗研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）

0 引言

近年來電梯溜車事故頻發，引發大家對轎廂意外移動現場的關注和重視。EN 81-1:1998 以及ASME A17.1-2000 中均對轎廂非操縱移動/轎廂意外移動進行了規定，促使2015 年7 月國家標委會對GB7588-2003 進行第1號修改單修訂[1]，增加了轎廂意外移動保護裝置的相關標準規定，并于2016 年7 月1 日開始實施。因此，2016 年7 月以后，轎廂意外移動裝置成了新制造電梯的必要配置之一。伴隨而來的是，如何快速、科學地對轎廂意外移動裝置進行檢測也成了各檢驗機構新的研究熱點。

本文從轎廂意外移動裝置的原理及檢驗要求為出發點，將其原理及檢測要點通俗地分析及總結出來，并對現有檢驗機構常用的檢驗儀器進行歸類分析比較，發現目前現有的儀器對轎廂意外移動裝置的響應時間均無法測量，在此基礎上，通過對檢測原理和檢測方法的改進，設計了一臺通過激光測距為核心的轎廂意外移動裝置的檢驗儀器，通過系統的數據分析，可以快速準確地分析出轎廂意外移動裝置的響應時間，較好地解決了相應時間檢驗現場無法檢測的局面，彌補了這方面的空缺。

1 轎廂意外移動裝置的結構及檢測內容

根據轎廂意外移動裝置的定義要求，電梯必須具有防止轎廂移動或使轎廂移動停止的裝置。因此轎廂意外移動裝置從功能上可以分為預防式保護（防止轎廂發生意外移動）和挽救式保護（制停發生意外移動的轎廂并維持其停止狀態）兩種。要實現轎廂意外移動裝置功能，裝置一般由檢測部分和制停單元組成。檢測部分主要是由檢測單位、控制單元組成，主要檢測檢測電梯是否存在發生意外移動的風險，判斷轎廂是否發生了意外移動。

預防性檢測產品主要適用于不帶開門運行功能的永磁同步曳引機電梯，通過驅動系統檢測制動器的制動力，檢測功能集成在變頻器和控制系統中，同時用力傳感器直接或者位移傳感器間接監測制動器的正壓力，也就是標準要求的轎廂意外移動裝置的自監測系統。

挽救式檢測產品主要檢測轎廂是否發生了意外移動。檢測單位主要是監測電梯的開關門狀態、轎廂的實時位置變化，開關門狀態監測主要的手段為電氣開關、傳感器或門聯鎖繼電器，以此來監測層門的鎖緊狀態和轎門的關閉狀態。轎廂的實時位置變化監測主要的手段是井道遮光板和光電組合以及霍爾感應開關，以此來監測轎廂是否離開了開鎖區。

控制單位主要是收集電梯狀態位置信息，并根據設定的邏輯來判斷轎廂是否意外移動，并發出指令，控制單元也是轎廂意外移動裝置監測系統。主要是由安全繼電器、安全電路、可編程電子安全相關系統（PESSRAL）方式來實現。

制動單元主要是為了防止溜車發生，制停發生溜車的轎廂，防止轎廂的剪切和墜落。主要實現方式有安全鉗（雙向安全鉗作用于轎廂或兩套安全鉗各作用于轎廂和對重）、夾繩器或夾輪器（鋼絲繩制動器直接作用于曳引鋼絲繩或者補償繩）、機電制動器（直接作用于曳引輪或者與曳引輪直接連接的部件）。

根據轎廂意外移動裝置在TSG T7001-2009 第2 號修改單中的要求[2]，可以得出完整的檢測內容必須包含以下部分：（1）驗證轎廂意外移動裝置的檢測單元能否及時檢測到轎廂意外移動；（2）驗證在型式試驗證書給出的試驗速度下試驗，制停單元能及時響應，制停距離必須滿足要求；（3）對于不帶開門運行功能的永磁同步曳引機電梯系統，驗證自監測系統能否正常可靠地監測。

2 現有檢測儀器的比較分析

目前，各檢驗機構對轎廂意外移動裝置的檢測大同小異，除了直接觀察電梯是否被制停外，檢驗儀器的區別主要體現在如何檢測分析制停距離及加減速度、響應時間等方面是否滿足要求[3-4]。

從電梯機房方面測量，主要是通過儀器從曳引鋼絲繩、限速器鋼絲繩方面測量，其核心原理是通過轉速表來測量，常用的測量儀器通過轉速表來擴充功能的檢驗儀，該類儀器實施方便，在機房就可以測量數據，不需要檢驗員再機房和層站來回移動，但由于轉速表與鋼絲繩存在滑移，而且操作上存在人為的誤差，每次測量的儀器容易存在偏差，同時也無法分析出轎廂意外移動裝置響應時間。

從電梯轎廂方面測量，主要通過EVA625 這類的儀器，其原理就是通過陀螺儀、三軸加速度傳感器等傳感器來測量，該類儀器都能夠較好地測量出轎廂的速度、加速度等參數，但是也存在無法分析出轎廂意外移動裝置響應時間的缺陷[5-6]。

3 轎廂意外移動裝置檢測儀器的設計

通過轎廂意外移動裝置的型式試驗合格證，檢測試驗中主要測量的數據有轎廂移動距離、轎廂意外移動裝置允許移動距離、最大加/減速度、試驗速度、轎廂減速前的最高速度、檢測單元的響應時間、制動單元的響應時間[7-12]。對于以上參數的檢測難點主要集中在響應時間的測量。

根據UCMP 的功能特點進行設計研究[13]，以驗證UCMP 裝置動作前后是否符合規范為目標，包括對嵌入式系統、智能傳感器、信號通訊技術、CAD 機械設計制造、電子信息工程等多學科進行交叉融合制定設計方案，設計了一臺轎廂意外移動裝置檢測儀器，儀器包括電梯轎廂移動運行參數測量模塊、通訊以及智能終端模塊3個部分。

（1）電梯轎廂移動運行參數測量模塊

該模塊以實時檢測轎廂位移作為電梯轎廂意外移動運行主參數，測量數據具有連續性，方便后期的數據分析和診斷。該模塊在測量裝置的結構設計上需測距儀器的精度和頻率。

（2）通訊模塊

該模塊將測量模塊上的數據通過無線網絡將測距裝置在UCMP 動作過程中的整個運用曲線數據傳輸至智能終端模塊。

（3）智能終端模塊

該模塊設計可通過對處理后的電梯信號和運行參數測量值進行分析和比對，以此來驗證UCMP 動作的可靠性是否符合規定。另外，通過軟件設計生成包括轎廂運行數據曲線圖等電子報告，專業電梯維保人員可依據報告內容對UCMP 功能觸發時間、響應時間、制停距離等進行改進和優化。

3.1 儀器介紹

圖1～2 所示為電梯轎廂意外移動保護裝置的檢驗裝置，以及用于測量電梯轎廂意外移動距離的激光測距裝置。激光測距裝置包括固定底座和設置在底座上的激光測距裝置。底座通過永磁鐵固定在轎頂。激光測距裝置選用德國SICK的中程距離傳感DX35，測量量程為12 000 mm，分辨率0.1 mm，響應時間2.5 ms，開關頻率333 Hz。

圖1 DX35激光傳感器

圖2 激光測距裝置外觀

通訊模塊用于接收激光測距裝置實時數據，通訊模塊進行無線方式實時數據傳輸。智能終端采用邊緣計算流程編譯器來設計，設計簡潔，邏輯性強。轎廂移動運行參數測量模塊把接收到的脈沖信號通過無線傳輸模塊發送給電腦，電腦在轎廂意外動作完成后可以計算并還原出轎廂移動軌跡、移動方向、速度、距離等。如圖3所示。

圖3 邊緣計算流程

3.2 儀器測試前準備

管理端需要輸入初始測量值。

（1）如果被測試電梯有再平層功能的，通過測量轎頂的電梯光電感應開關尺寸，再平層光電感應器與門區光電感應器的距離S1，兩個門區光電感應器之間的距離S2，井道內的遮光板（隔磁板）S3。如果電梯無再平層功能的，通過測量轎頂的電梯光電感應開關尺寸，兩個門區光電感應器之間的距離S2，井道內的遮光板（隔磁板）S3，此時S1=0。如圖4～5所示。

圖4 傳感器—遮光板測量示意圖

圖5 傳感器—遮光板實物

（2）查閱該電梯的轎廂意外移動保護裝置的型式試驗報告，找到檢測子系統中的響應時間t檢測及檢測到意外移動時轎廂離開層站的距離S檢測，制停子系統中的響應時間t制停、所預期的轎廂減速前的最高速度vmax、對應試驗速度的允許移動距離S制停。如圖6～7所示。

圖6 型式試驗報告（檢測子系統）

圖7 型式試驗報告（制停子系統）

3.3 儀器測試

電梯通用轎廂意外移動保護裝置的檢驗裝置實現，包括以下步驟。

（1）在檢驗前測量初始測量值S1、S2、S3值。

（2）通過固定底座將激光測距裝置固定在轎頂。

（3）初始化管理端。

（4）輸入初始測量值S1、S2、S3，檢測子系統中的響應時間t檢測及檢測到意外移動時轎廂離開層站的距離S檢測，制停子系統中的系統中的響應時間t制停、所預期的轎廂減速前的最高速度vmax、對應試驗速度的允許移動距離S制停。

（5）按照制造廠家給定的轎廂意外移動保護裝置試驗方法進行試驗，電梯制停，記錄到轎廂在轎廂意外移動裝置保護下運行全過程的距離變化數據。

（6）管理端獲取轎廂意外移動過程的相關數據，并對數據進行處理；具體為：管理端將系統時間及激光測距的距離繪制成距離-時間曲線，通過距離-時間變化，位移為S，速度v=dS/dt，加速度a=dv/dt，計算轎廂移動的速度、加速度，繪制出速度-時間曲線和加速度-時間曲線。如圖8～10所示。

圖8 位移-時間曲線

圖9 速度-時間曲線

圖10 加速度-時間曲線

①由位移-時間曲線圖得到t0，當距轎廂移動距離離達到（S3-S2）/2-S1時，作為轎廂意外移動裝置的響應起始時間t0。

②由加速度-時間曲線圖得到t實際制動、amax。當加速度存在轉折時，就是制動器開始釋放的瞬間的時間t實際制動，可以比較t實際制動-t0≤t檢測+t制停；amax≤g。

③由速度-時間曲線圖得到v實際max，速度v實際max≤vmax，v0≤v試驗速度。

④綜合得到，S全程≤S檢測+S制停，且S全程-（S3-S2）/2-S1≤S制停。

（7）管理端將測試結果以數據表和圖標曲線的形式呈現，同時與型式試驗報告中的檢測子系統中的響應時間t檢測及檢測到意外移動時轎廂離開層站的距離S檢測，制停子系統中的系統中的響應時間t制停、所預期的轎廂減速前的最高速度vmax、對應試驗速度的允許移動距離S制停進行比對，給出判定結果是否符合要求。如圖11～13所示。

圖11 結果判定條件

圖12 測試報告

圖13 測試曲線

（8）經過多次的現場試驗，驗證儀器的可靠性和準確性。如圖14所示。

圖14 現場測試數據

4 結束語

本文立足檢驗工作實際，以檢測電梯轎廂意外移動裝置動作的數據，在充分分析研究相關檢規和標準外，收集測量電梯是否合格的相關資料，包括檢驗方法、配套儀器設備。還結合檢驗檢測工作開展過程中產生的問題，有針對性地進行設計、定制，以現有的UCMP 測試技術領域為基礎，達到提高現場檢驗效率、方便現場安全采集、具有通用性等為目的，研制出了一套的電梯UCMP 裝置檢驗檢測儀，為檢驗檢測提供了一種新的方法。該儀器具有以下特點。

（1）模塊化設計，現場安裝較為方便，均符合相關規范和標準要求。

（2）區別與目前主流的在電梯轎廂內采集加速度、通過卷尺測量轎廂的移動距離的方式，通過轎廂直接測距的方式。

（3）通過實時檢測轎廂移動過程的絕對位置，同時生成位移、速度、加速度曲線，通過系統分析推算出轎廂意外移動裝置檢測響應時間，可以分析出轎廂意外移動裝置的響應時間，彌補現有檢測儀器不易檢測分析響應時間的現狀。

（4）直觀地獲取轎廂意外移動的實時位移信息，有利于提高分析轎廂意外移動裝置性能指標的同步性、準確性、通用性。