电梯安全风险分析及智能化安全控制策略

2015-04-13顾诚

机电信息 2015年36期

顾诚

（江苏省特种设备安全监督检验研究院太仓分院，江苏苏州215400）

0 引言

电梯是集机械系统、电气系统、动力系统、感应系统、材料等多个因素于一体的复杂机电设备，从设计、生产、施工安装、使用到后期维护检修的周期链条较长。尤其对于垂直上下的电梯，其曳引、轿厢、导向等装置均设置在相对封闭的环境内，对于电梯故障，人工很难直观做出判断，一旦某个环节存在隐患或出现故障，将可能引发剪切、挤压、坠落、撞击等多种设备事故，严重时会造成人员伤亡。例如，2012年温州市某单位的电梯轿厢突然上行，发生剪切事故，造成一人当场死亡；2014年沈阳华阳国际大厦的电梯从27层发生滑落事故，造成多人受伤……多地频发的电梯伤人事故，深刻地拷问了电梯的生产商和维护方。如何在保证电梯运行效率的前提下，降低电梯运行风险，提高其稳定性和安全性，成为电梯行业亟需解决的重大问题之一。

1 电梯安全风险分析

电梯属于特种设备，通常由控制系统、驱动系统、传动系统及承载系统等多个复杂功能模块构成，因此其潜在的安全风险因素也复杂多样。根据电梯结构特点及电梯事故的大量案例分析，电梯的安全风险因素主要分为机械、材料和电气三个方面，如图1所示，三种因素相互独立，又会相互影响，一旦发生电梯事故就会造成人员被困、伤亡等。

图1 电梯安全风险因素三叶草示意图

一般来说，电梯机械故障通常会引起重大电梯事故。根据现有的电梯监督检验规章规定，在电梯单个层门或多个层门处于打开状态时，电梯均不能正常启动或继续运行。电梯层门通过层门机械锁控制，当电梯层门打开时，层门门锁电气开关触点断开，机械锁响应锁死电梯，不能继续运行。但是，由于门锁的使用频率非常高，一旦维护不当，容易发生机械磨损、电气开关触点锈蚀等问题，造成层门门锁或电气开关触点动作不可靠，从而在电梯轿厢运行中，容易在轿厢地坎与层门地坎间发生剪切事故。

电梯溜车事故同样非常危险，轿厢在失控状态下加速上行或下行，极易造成电梯冲顶或蹾底及不能平层，导致撞击、挤压、坠落等严重电梯事故。引起电梯溜车事故的原因主要包括以下几个方面：

（1）超载溜车。目前国内电梯一般都安装有超载保护装置，通过将轿厢体与轿底分离，将超载称重感应装置设置在轿底地板下，当轿厢内承载重量变化时，轿厢底会上下浮动进行称重，一旦载重超过额定值的10%，会触发超载控制电路，发出蜂鸣、提示音等报警信号，同时切断电梯控制电路，电梯无法完成关门、上下行动作。但是若电梯长期使用而维修保养不及时，一旦超载，报警装置的相关器件如速度继电器、感应采集传感器等失效，很容易引发超载溜车事故。

（2）曳引力不足。电梯主要靠曳引系统输出和传递动力，驱动电梯上下运行。当曳引系统的关键构件，如导向轮、曳引轮的选型及安装不符合要求时，都会导致曳引钢丝绳过度磨损，使得曳引轮与钢丝绳之间摩擦制动力不足，引发电梯溜车。

（3）制动系统失效。制动系统是实现电梯平层时平稳停止的关键构件，其故障原因主要包括电气故障、机械故障和材料缺陷等方面。例如，由于长期使用或维护不当，制动器抱闸回路触点发生粘连或接触不良，导致制动器无法抱闸或打开不完全，使得闸瓦和制动轮间磨损加剧甚至断裂，最终造成制动失效。此外，制动器的闸瓦需要具备耐磨、易散热等特性，一旦闸瓦的材质内部夹渣或存在气孔，性能就会下降，在制动过程中容易发生磨损和断裂，导致制动失效。

此外，电梯是一种复杂的电气设备，涉及控制电路、安全电路等大量的电路系统和大量的电子元器件，而电梯井道环境相对封闭，温度、湿度变化复杂，会加剧电子电气元件绝缘老化甚至击穿，故易引发电气系统短路、火灾等严重事故。

2 电梯的智能化安全控制策略

电梯的安全风险因素多种多样，机械因素、材料因素和电气因素彼此之间互相关联，再加上部分使用单位和维护单位未对电梯进行合理的管理及后续维修保养，使得电梯安全风险增加，这就导致了电梯事故频发。因此，需要基于电梯安全风险因素和大量的电梯事故案例分析，将电梯安全控制与多种先进技术，如互联网技术、控制系统技术、节能环保技术、安全性能技术及新材料等相结合，实现电梯事故的智能化监测、诊断和处理，以提高电梯运行的安全性和智能化水平。

2.1 依托物联网技术，构建远程无线监控平台

传统的电梯监控系统，如传统人工值守、有线网络监控存在数据采集实时性差、铺设成本高等问题，难以适应当前电梯智能化、人性化的发展需求。而基于专用无线网络或全球移动通信系统（GSM）的电梯无线远程监控系统得到了快速发展。无线网络监控距离局限性小，可以依现代化通信手段如GPRS和Internet互联网实现数据传输和通信，从而将故障风险发送到维修人员的手机或PC 监控终端，以便及时实施故障处理和救援。然而，电梯型号多种多样，安装分布也较分散，其软硬件接口标准并不完全统一，通常都是电梯企业来研发针对特定电梯的直线管理网络，系统兼容性和通用性较差，成本较高，且难以实现不同型号电梯的远程监测控制。

物联网技术借助射频设备、红外感应终端等多种传感技术，依托电信通讯网和互联网，实现了对多种物理对象的自动识别、物品之间的互通互联和海量信息数据处理。其将物联网技术应用到电梯的无线远程监控系统中，利用感应终端采集电梯层门开关信号、电梯运行和停止信号、电梯故障报警信号等多项信息，然后通过网络通信协议传输到无线网络平台，最后通过网络传送给监控中心的监控服务器，进行数据分析和处理，从而第一时间通知相关人员进行故障分析和消除，实现对电梯故障的远程无线监控。

2.2 借助人工智能理论，实现电梯故障的智能化诊断及响应

传统的电梯故障诊断需要对电梯进行较为全面的监测，采集其速度、温度、电压、电流、噪声等多种模拟量信号以及电梯启停信号、开关门信号、平层信号等数字量信号，进而通过人工分析判断电梯是否处于异常状态或故障状态，这种方法存在很大的局限性。

人工智能理论及技术的发展，如专家系统、人工神经网络、粒子群算法、混沌理论、遗传算法等，为电梯故障诊断的智能化提供了技术支撑。图2为基于人工神经网络的电梯故障智能诊断流程图，电梯上设置的传感终端采集电梯运行数据，经网络串口将数据传输到监控中心，并实时存入故障数据库，同时，Matlab软件编程会访问数据库，读取实时数据，然后利用神经网络将实时数据与标准数据进行对比分析，从而诊断出故障类型，并将该次诊断结果存储到数据库中，以备下次读取和判断。此外，本次诊断结果会通过监测平台进行实时显示，从而便于维护人员有针对性地采取维修和保养措施，提高了电梯故障排除的效率。