一种电梯主动安全系统方案设计.docx

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一种电梯主动安全系统方案设计

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霍览宇陈杰金

摘要：本文提出一种电梯主动安全的设计方案，设置相应传感器装置，检测电梯的曳引张力、加速度或速度、安全回路元件状态、平衡系数、额定载重、运行速度等电梯相关信息，通过基于专家控制器的人工智能算法，以电梯运行时参数变化规律、安全隐患的预处理经验等为控制规则集，实时检测并判断电梯安全隐患，通过人机交互接口请求和指导人工干预，从而构建电梯的主动安全系统，提升电梯的安全性。

关键词：电梯;主动安全;专家控制器

一、电梯主动安全性的提出

随着社会经济和城市化进程的加快，以高层建筑为主的现代建筑中电梯是主要运输设备。作为载人的特种运输设备，电梯不仅要有良好的舒适性和高效性，更要有极高的可靠性。随着近些年来，电梯装机数量急剧增加，电梯事故时有发生，据统计，一台运行5到10年的电梯，每年平均发生冲顶、夹人等重大事故是3.3次，发生一般故障是36.5次，电梯事故率占到了特种设备事故率的21%，因此电梯的安全问题成为人们关注的焦点。

虽然电梯有很高的安全保障措施，如超速可以通过安全钳保护，速度可以由曳引机编码器检测，门锁、限位等可以通过电气触点检测，依托安全回路，实现对人身和设备保护。但如果安全元件失效或作用后，造成的电梯安全问题则无法保障。比如曳引轮槽磨损等原因造成曳引张力变化，使得电梯打滑，曳引机编码器数据失效;维保时由于电梯门锁短接，电梯无法识别安全元件，造成剪切事故;安全开关失效造成蹲底和冲顶事故;超速时安全钳动作，电梯中途停车造成困人事故等。电梯的安全不是新问题，国内外很多专家和企业都针对电梯的安全性进行了研究。主要集中在电梯远程故障检测和诊断系统研究，电梯检验检测方法研究，电梯安全风险评估及管理等机制研究，安全钳、制动器、门机等电梯安全部件的改进研究。如当前很多企业正在利用物联网等现代通信技术的开展研究电梯故障预警远程诊断系统的研究，取得很多实际的应用。

纵观电梯安全性的研究现状，电梯远程监控和故障诊断技术研究较多，但是由于涉及异种通信融合的壁垒，突破起来困难较大。对于知名电梯企业由于限于自身的产品和专利保护，研究成果的通用性不足;电梯安全部件和检验方法等的研究，虽然有助于提升电梯公司的产品质量和检测水平，但是目前电梯产品已经很成熟，因此显著提升电梯安全性的可能性也不大;安全风险和管理机制的研究，虽然能够改善目前国内电梯设备监管、维保领域的管理水平，间接提升电梯的安全性，但是对电梯本身安全性而言意义不大。

要进一步提升电梯的安全保障，本文提出电梯的“主动安全”研究。“主动安全”主要应用在汽车安全领域，主动安全能在交通事故发生前主动介入控制，避免或减小事故损失。作为建筑内的主要交通工具，电梯的“主动安全”研究还处在萌芽状态。因此本文提出电梯主动安全性研究，突破电梯安全性研究瓶颈。

二、电梯主动安全要解决的问题

本文提出利用智能检测技术，通过专家控制器的诊断方法，增强电梯自我检测、自我诊断、自我处理的能力，提高电梯本身的主动安全性。本文提出基于专家控制器的智能主动安全系统，就是研究一种独立的安全回路，在电梯安全回路正常时可以作为一种安全冗余措施，并能主动检测电梯安全回路的有效性;在电梯安全回路异常时，能够起到安全保护作用。

三、电梯主动安全系统的探析

本项目研究的是基于专家控制器的人工智能算法的电梯主动安全系统，以曳引张力、加速度/速度、安全回路元件状态等实时检测信息和平衡系数、额定载重、运行速度等电梯参数为知识库，以电梯运行时参数变化规律、安全隐患的处理经验等为控制规则集，通过简洁有效的正向推理机算法，检测电梯安全隐患，并通過人机交互接口请求和指导人工干预，从而预防电梯安全故障，控制系统的原理框图如图1所示。

1.电梯主动安全系统的硬件设计

电梯主动安全系统采用PLC控制器作为测控硬件平台，由张力、速度、安全元件状态检测和控制器、人机接口组成，如图2所示。安全控制器（PLC）根据传感器检测的信号送入进行主动安全判断，并通过人机界面发处报警和确认，必要情况下会控制电梯主控器进行相关操作。

电梯张力和速度的检测可通过张力轮实现。张力的检测通过电梯导向轮，加装压轮和编码器及支撑机构，通过压力传感器检测曳引绳施加在压轮上的径向压力进而得到曳引绳的张力，如下图3所示，通过检测到的径向压力F间接检测出电梯张力。速度的检测在导向轮轴上面安装旋转编码器，可以直接检测转速，再根据导向轮直径测算出电梯运行速度、加速度等信息。这两种信号通过电梯导向轮检测，一般在机房与安全控制柜距离不远，相关器件采取导线直接连接到控制器。

电梯安全元件和运行状态的监控设计。由于安全钳开关、门锁开关、相序开关、轿厢称重开关、门机开关及限位等通过由于分布在电梯及井道的各处，主要通过在这些开关器件旁边设置无线发射模