電梯運行狀況監控及安全預警系統的研究

杜陽堅，楊頌，王賢斌，趙寧，黃興傳，陳銘

（江西省特種設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。電梯已普遍應用于生活小區、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、數量增多、使用或維護不當等因素，電梯故障的發生也隨之增多。傳統的電梯檢驗檢測，只是對檢驗時的狀態進行測量評估，檢驗周期一年，期間可能發生的電梯隱患難以把控，從而導致電梯事故時有發生。

國內外對于電梯的安全運行提出了很多監控管理方面的解決方案并且開發了相應的系統。國外已經擁有較為成熟的電梯監控系統。例如，德國的Thyssen Krupp公司為該公司生產的升降電梯和扶梯開發了具有緊急呼救功能，誤操作檢測、報錯等功能的電梯監控系統，當電梯發生故障能夠實現電話報警。日本的日立電梯公司開發的電梯監控系統可以對其生產的電梯進行24h全程監控，并具有查看運行日志功能。通力電梯公司（KONE）為旗下的電梯開發的電梯監控系統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了智能的電梯監控系統，該系統具有分級報警功能，能夠在電梯發生故障時顯示電梯所在地點。

國內的電梯監控技術起步相對較晚，國內的電梯監控系統更側重于電梯自身的監測。雖然我國已經在電梯無人遠程監控方面有了一定的發展，但無論國內外的電梯監測系統，大多為電梯自有品牌自帶在電梯控制系統的自身監測，不具備移植性和普遍適用性。部分國內電梯監控系統可以獨立于電梯自身監控系統建立，但缺乏運行狀態數據的邏輯分析、智能輸出電梯運行狀況安全評估報告、安全預警功能及緊急處理功能的特性。

2 電梯運行狀況監控及預警系統架構

電梯物聯網技術是為了解決電梯安全問題而提出的概念，數據采集部分、數據傳輸部分、中心處理部分以及應用軟件共同構成了完整的電梯物聯網監控系統。采集模塊采集電梯運行數據進行分析并上傳到互聯網監控中心，結合平臺應用軟件，從而實現了各相關單位對電梯實時有效的監管維護。

電梯物聯網技術最大的特點在于它帶有信息處理與分享功能。電梯接入物聯網后，信息實時上傳云平臺，根據需求的不同，系統將信息各有側重地傳送給物業、維保、特種設備檢驗檢測機構以及監督管理機構等部門，漏報瞞報幾乎沒有可能。該技術方案由PC端電梯運行狀況監控及安全預警系統、現場電梯運行狀況監控終端裝置、多傳感器聯動監測模塊、實時遠程數據傳輸模塊、緊急切斷模塊組成，利用電梯運行監控終端進行電梯運行狀況監測，通過建立的電梯運行故障分析模型，對監測數據分析判斷，后臺云服務器將數據進行系統分析，并智能輸出電梯運行狀況安全評估報告，具備安全預警功能，如監測到緊急工況狀態，將由緊急切斷裝置進行制停電梯，避免安全事故的發生。

圖1

3 電梯運行狀況監控及預警終端設計

3.1 PC端的電梯運行狀況監控

基于Windows系統建立PC端的電梯運行狀況監控及安全預警平臺，該系統平臺具有遠程監測電梯運行關鍵參數功能，結合國家標準及檢規技術規范要求，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，并結合國家標準及檢規技術規范，進行智能的電梯故障分析分類，通過智能邏輯系統得出相應的電梯安全評估報告。同時，通過預設的電梯安全預警警戒閥值，一旦現場電梯運行狀態達到預警警戒閾值，系統則自動彈出警告提醒，并通過預警裝置進行語音播報做到提前預防，有效降低電梯安全事故發生率。

3.2 電梯運行狀況監控終端裝置及多傳感器綜合安裝布置技術方案

采用嵌入式系統開發電梯運行狀況監控終端主控板，設計只需在轎廂頂部安裝布置監控終端的技術方案，避免復雜布線的弊端。由于電梯的分布情況，不是所有現場都有Wi-Fi、WLAN等網絡設備和網絡信號的情況下，本次方案采用4G物聯網卡和4G傳輸服務器的連接方式，解決信號傳輸問題。同時，監測參數包括電梯運行速度、安全回路狀態、門狀態、平層狀態、轎廂沖頂、轎廂蹲底等關鍵狀態參數功能。通過采用多傳感器監測電梯運行狀態數據，可遠程傳輸后臺系統。

（1）運行狀態監測：采用高性能的激光旋轉編碼器作為速度監測傳感器，設計可穩定固定在轎廂頂部復雜鋼結構環境的基座系統，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，實現穩定的實時速度監測。

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

（3）門狀態監測：監測轎廂兩門扇側合適位置處安裝非接觸感應器，監測轎門和層門開關狀態，判斷是否反復開關門、異常開門關門等狀態。

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

（5）電梯平層狀態監測：采用非接觸平層監測傳感器，實時監測轎廂是否在平層區域，根據轎廂運行狀態分析轎廂平層良好或者異常平層等問題。

（6）沖頂狀態監測：在電梯轎廂上行至上極限動作開關處，安裝布置非接觸的感應裝置，一旦達到沖頂警戒位置，則判定為轎廂沖頂事故發生。

（7）蹲底狀態監測：在電梯轎廂下行至下限動作開關處，安裝布置非接觸的感應裝置，一旦達到蹲底警戒位置，則判定為轎廂蹲底事故發生。

3.3 預警裝置的分布及預警方式

預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，從而自動識別被標識對象，獲取對應數據進行交換。智能終端在有效讀取范圍內檢測到電子標簽時，產生串行中斷，單片機通過RXD引腳讀取并存儲電子標簽ID值，然后查詢與讀取的ID號對應的語音地址，單片機通過一線串口控制模式控制語音模塊完成對應語音信息的準確播報。該裝置安裝于PC終端旁，當系統監測到電梯處于電梯運行狀態達到預警警戒閾值時，PC終端監測系統將自動彈出警告提醒，并通過預警裝置進行語音播報被監測電梯現場狀態，提醒管理人員及時預防，有效降低電梯安全事故發生率。

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和緊急切斷裝置緊急拉桿部件組成，緊急切斷開關串聯進電梯安全回路當中，可安裝于電梯轎廂頂部和機房控制柜內。當系統監測到發生意外情況時，獲得的切斷指令，通過緊急切斷開關立即斷開電梯安全回路，觸發電梯制停部件，緊急停梯，避免意外事故發生，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構及電動拉桿裝置，安裝固定于電梯轎廂底部安全鉗側面，當接收到系統發送的動作指令時，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生。

PC端的電梯運行狀況監控的控制中心可以實時顯示指定電梯的狀態。在發生故障的時候遠程監控中心可以及時報警，使維修人員盡快到達現場處理故障。提供應用平臺，物業、維保、監管、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 檢測技術分析

根據GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》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，應不能啟動電梯或保持電梯繼續運行，然而，可以進行轎廂運行的預備操作。

7.7.3.1 鎖緊轎廂運動前應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備故障，如在14.1.1.2和(或)附錄H所述條件下，其本身不應成為導致電梯危險故障的原因。

極限開關：10.5.1總則極限開關應設置在盡可能接近端站時起作用而無誤動作危險的位置上。極限開關應在轎廂或對重(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。10.5.2.1正常的端站停止開關和極限開關必須采用分別的動作裝置。

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

門鎖回路：應當具有門回路故障保護功能，當轎廂在開鎖區域內、轎門開啟且層門門鎖釋放時，監測檢查轎門關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控信號的正確動作；如果監測到上述裝置的故障，能防止電梯的正常運行。

極限開關：3.10井道上下兩端應當裝設極限開關，該開關在轎廂或者對重(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。強制驅動電梯的極限開關動作后，應當以強制的機械方法直接切斷驅動主機和制動器的供電回路。

運行狀態：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功能有效、指示正確、動作無誤，轎廂平層良好，無異常現象發生。

以上標準及檢規分別對電梯門鎖、極限開關、運行狀態進行了要求，并明確了檢驗方法。本技術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網技術的電梯運行狀態監測及異常工況緊急切斷系統，能實時監測電梯的運行狀態并分析運行異常情況等問題。該裝置具有電梯安全狀態實時監控功能，可進行數據分析，智能化判斷電梯異常狀態，并通過電氣和機械“雙保險”緊急制停電梯，從而避免嚴重事故的發生。

該系統通過高性能傳感器進行采樣電梯運行狀態中的制動性能情況，篩選出電梯從額定速度減速至停梯的有效行程數據，通過對數據進行統計和分析，當監控到一段有效行程制停移動的距離明顯大于之前統計數據的平均值，該裝置通過蜂鳴器進行預警，在PC終端和管理員端進行語音預警，通知相關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。同時監測在電梯安全回路斷開時，電梯轎廂是否移動，預警電梯轎廂異常狀態，避免電梯發生剪切事故，如存在該緊急狀態，則通過緊急切斷裝置進行緊急處理。

該系統可設計遠程監測電梯運行關鍵參數功能，建立電梯運行狀況監控大數據；結合國家標準及檢規技術規范，建立電梯運行故障分析模型，設計智能得出運行狀況安全評估報告，為特檢機構提供具體可靠的監測數據及評估報告。

5 結語

電梯物聯網監測系統正是為適應我國電梯行業的發展趨勢，該系統通過專用的感應器，采集電梯相關運行數據，通過微處理器進行非常態數據分析，經由多種傳輸方式進行數據傳輸，由服務器進行綜合處理，對電梯各種故障、運行、統計信息進行采集、分析，不斷提高產品質量和服務質量，確保第一時間通知專業技術人員到現場排除故障、解救被困乘客；電梯維護保養單位可遠程對現場維保人員進行監督和技術支持，以確保其及時準確地完成維保工作及應急救援；實現電梯故障報警、困人救援、日常管理、隱患防范、質量評估、多媒體傳輸等功能的綜合性電梯管理平臺，為電梯的安全運行提供了第三重保障。