电梯运行状况监控及安全预警系统的研究

杜阳坚，杨颂，王贤斌，赵宁，黄兴传，陈铭

（江西省特种设备检验检测研究院九江分院，江西 九江 332099）

1 背景

截至目前，我国电梯超过700万台，年增长率在5%～10%，全球保有量第一。电梯已普遍应用于生活小区、商场、酒店、办公楼等，与人们生活密不可分。然而随着电梯年限变长、数量增多、使用或维护不当等因素，电梯故障的发生也随之增多。传统的电梯检验检测，只是对检验时的状态进行测量评估，检验周期一年，期间可能发生的电梯隐患难以把控，从而导致电梯事故时有发生。

国内外对于电梯的安全运行提出了很多监控管理方面的解决方案并且开发了相应的系统。国外已经拥有较为成熟的电梯监控系统。例如，德国的Thyssen Krupp公司为该公司生产的升降电梯和扶梯开发了具有紧急呼救功能，误操作检测、报错等功能的电梯监控系统，当电梯发生故障能够实现电话报警。日本的日立电梯公司开发的电梯监控系统可以对其生产的电梯进行24h全程监控，并具有查看运行日志功能。通力电梯公司（KONE）为旗下的电梯开发的电梯监控系统具有独特的运行记录回放功能。奥的斯电梯公司（OTIS）为该公司的电梯开发了智能的电梯监控系统，该系统具有分级报警功能，能够在电梯发生故障时显示电梯所在地点。

国内的电梯监控技术起步相对较晚，国内的电梯监控系统更侧重于电梯自身的监测。虽然我国已经在电梯无人远程监控方面有了一定的发展，但无论国内外的电梯监测系统，大多为电梯自有品牌自带在电梯控制系统的自身监测，不具备移植性和普遍适用性。部分国内电梯监控系统可以独立于电梯自身监控系统建立，但缺乏运行状态数据的逻辑分析、智能输出电梯运行状况安全评估报告、安全预警功能及紧急处理功能的特性。

2 电梯运行状况监控及预警系统架构

电梯物联网技术是为了解决电梯安全问题而提出的概念，数据采集部分、数据传输部分、中心处理部分以及应用软件共同构成了完整的电梯物联网监控系统。采集模块采集电梯运行数据进行分析并上传到互联网监控中心，结合平台应用软件，从而实现了各相关单位对电梯实时有效的监管维护。

电梯物联网技术最大的特点在于它带有信息处理与分享功能。电梯接入物联网后，信息实时上传云平台，根据需求的不同，系统将信息各有侧重地传送给物业、维保、特种设备检验检测机构以及监督管理机构等部门，漏报瞒报几乎没有可能。该技术方案由PC端电梯运行状况监控及安全预警系统、现场电梯运行状况监控终端装置、多传感器联动监测模块、实时远程数据传输模块、紧急切断模块组成，利用电梯运行监控终端进行电梯运行状况监测，通过建立的电梯运行故障分析模型，对监测数据分析判断，后台云服务器将数据进行系统分析，并智能输出电梯运行状况安全评估报告，具备安全预警功能，如监测到紧急工况状态，将由紧急切断装置进行制停电梯，避免安全事故的发生。

图1

3 电梯运行状况监控及预警终端设计

3.1 PC端的电梯运行状况监控

基于Windows系统建立PC端的电梯运行状况监控及安全预警平台，该系统平台具有远程监测电梯运行关键参数功能，结合国家标准及检规技术规范要求，以及建立电梯运行故障分析模型，通过后台实时获取的远程电梯运行状况参数，并结合国家标准及检规技术规范，进行智能的电梯故障分析分类，通过智能逻辑系统得出相应的电梯安全评估报告。同时，通过预设的电梯安全预警警戒阀值，一旦现场电梯运行状态达到预警警戒阈值，系统则自动弹出警告提醒，并通过预警装置进行语音播报做到提前预防，有效降低电梯安全事故发生率。

3.2 电梯运行状况监控终端装置及多传感器综合安装布置技术方案

采用嵌入式系统开发电梯运行状况监控终端主控板，设计只需在轿厢顶部安装布置监控终端的技术方案，避免复杂布线的弊端。由于电梯的分布情况，不是所有现场都有Wi-Fi、WLAN等网络设备和网络信号的情况下，本次方案采用4G物联网卡和4G传输服务器的连接方式，解决信号传输问题。同时，监测参数包括电梯运行速度、安全回路状态、门状态、平层状态、轿厢冲顶、轿厢蹲底等关键状态参数功能。通过采用多传感器监测电梯运行状态数据，可远程传输后台系统。

（1）运行状态监测：采用高性能的激光旋转编码器作为速度监测传感器，设计可稳定固定在轿厢顶部复杂钢结构环境的基座系统，通过软接触及非刚性连接的方式，减少电梯高速运行时的振动干扰，实现稳定的实时速度监测。

（2）安全回路监测：通过电信号识别技术，监测轿厢顶部的安全回路通断情况，结合电梯运行情况进而判断电梯是否出现异常电路状况分析。

（3）门状态监测：监测轿厢两门扇侧合适位置处安装非接触感应器，监测轿门和层门开关状态，判断是否反复开关门、异常开门关门等状态。

（4）轿厢意外移动监测：综合轿厢门开闭状态、平层状态、运行状态的联动逻辑，判断是否出现轿厢意外移动的危险工况。

（5）电梯平层状态监测：采用非接触平层监测传感器，实时监测轿厢是否在平层区域，根据轿厢运行状态分析轿厢平层良好或者异常平层等问题。

（6）冲顶状态监测：在电梯轿厢上行至上极限动作开关处，安装布置非接触的感应装置，一旦达到冲顶警戒位置，则判定为轿厢冲顶事故发生。

（7）蹲底状态监测：在电梯轿厢下行至下限动作开关处，安装布置非接触的感应装置，一旦达到蹲底警戒位置，则判定为轿厢蹲底事故发生。

3.3 预警装置的分布及预警方式

预警装置为语音播报器，其原理是基于无线射频信号的传输特性，进行非接触式自动识别，从而自动识别被标识对象，获取对应数据进行交换。智能终端在有效读取范围内检测到电子标签时，产生串行中断，单片机通过RXD引脚读取并存储电子标签ID值，然后查询与读取的ID号对应的语音地址，单片机通过一线串口控制模式控制语音模块完成对应语音信息的准确播报。该装置安装于PC终端旁，当系统监测到电梯处于电梯运行状态达到预警警戒阈值时，PC终端监测系统将自动弹出警告提醒，并通过预警装置进行语音播报被监测电梯现场状态，提醒管理人员及时预防，有效降低电梯安全事故发生率。

3.4 紧急切断装置介绍及安装

紧急切断装置由紧急切断开关和紧急切断装置紧急拉杆部件组成，紧急切断开关串联进电梯安全回路当中，可安装于电梯轿厢顶部和机房控制柜内。当系统监测到发生意外情况时，获得的切断指令，通过紧急切断开关立即断开电梯安全回路，触发电梯制停部件，紧急停梯，避免意外事故发生，起到强有力的保护作用。同时紧急切断装置紧急拉杆部件包含安装结构及电动拉杆装置，安装固定于电梯轿厢底部安全钳侧面，当接收到系统发送的动作指令时，电动拉杆装置拉动电梯轿厢安全钳楔块，从而通过导轨装置制停电梯，起到电气和机械双重保护，能够及时避免剪切事故的发生。

PC端的电梯运行状况监控的控制中心可以实时显示指定电梯的状态。在发生故障的时候远程监控中心可以及时报警，使维修人员尽快到达现场处理故障。提供应用平台，物业、维保、监管、用户等可以通过internet访问，也可以用智能手机、PAD等移动终端访问。

4 检测技术分析

根据GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》的要求：

层门门锁要求：7.7.2.1除了7.7.2.2情况外，如果一个层门或多扇层门中的任何一扇门开着，在正常操作情况下，应不能启动电梯或保持电梯继续运行，然而，可以进行轿厢运行的预备操作。

7.7.3.1 锁紧轿厢运动前应将层门有效地锁紧在闭合位置上，但层门锁紧前，可以进行轿厢运行的预备操 作，层门锁紧必须由一个符合14.1.2要求的电气安全装置来证实。

14.1.1 故障分析在14.1.1.1中所列出的任何单一电梯电气设备故障，如在14.1.1.2和(或)附录H所述条件下，其本身不应成为导致电梯危险故障的原因。

极限开关：10.5.1总则极限开关应设置在尽可能接近端站时起作用而无误动作危险的位置上。极限开关应在轿厢或对重(如有)接触缓冲器之前起作用，并在缓冲器被压缩期间保持其动作状态。10.5.2.1正常的端站停止开关和极限开关必须采用分别的动作装置。

而TSG T7001-2009《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》（含2号修改单）的要求：

门锁回路：应当具有门回路故障保护功能，当轿厢在开锁区域内、轿门开启且层门门锁释放时，监测检查轿门关闭位置的电气安全装置、检查层门门锁锁紧位置的电气安全装置和轿门监控信号的正确动作；如果监测到上述装置的故障，能防止电梯的正常运行。

极限开关：3.10井道上下两端应当装设极限开关，该开关在轿厢或者对重(如有)接触缓冲器前起作用，并且在缓冲器被压缩期间保持其动作状态。强制驱动电梯的极限开关动作后，应当以强制的机械方法直接切断驱动主机和制动器的供电回路。

运行状态：轿厢分别空载、满载，以正常运行速度上、下运行，呼梯、楼层显示等信号系统功能有效、指示正确、动作无误，轿厢平层良好，无异常现象发生。

以上标准及检规分别对电梯门锁、极限开关、运行状态进行了要求，并明确了检验方法。本技术方案在于提供一种操作方式简单、操作便捷、实用性强的基于物联网技术的电梯运行状态监测及异常工况紧急切断系统，能实时监测电梯的运行状态并分析运行异常情况等问题。该装置具有电梯安全状态实时监控功能，可进行数据分析，智能化判断电梯异常状态，并通过电气和机械“双保险”紧急制停电梯，从而避免严重事故的发生。

该系统通过高性能传感器进行采样电梯运行状态中的制动性能情况，筛选出电梯从额定速度减速至停梯的有效行程数据，通过对数据进行统计和分析，当监控到一段有效行程制停移动的距离明显大于之前统计数据的平均值，该装置通过蜂鸣器进行预警，在PC终端和管理员端进行语音预警，通知相关人员进行下一步排查，判断是否存在异常，并及时解决安全隐患。同时监测在电梯安全回路断开时，电梯轿厢是否移动，预警电梯轿厢异常状态，避免电梯发生剪切事故，如存在该紧急状态，则通过紧急切断装置进行紧急处理。

该系统可设计远程监测电梯运行关键参数功能，建立电梯运行状况监控大数据；结合国家标准及检规技术规范，建立电梯运行故障分析模型，设计智能得出运行状况安全评估报告，为特检机构提供具体可靠的监测数据及评估报告。

5 结语

电梯物联网监测系统正是为适应我国电梯行业的发展趋势，该系统通过专用的感应器，采集电梯相关运行数据，通过微处理器进行非常态数据分析，经由多种传输方式进行数据传输，由服务器进行综合处理，对电梯各种故障、运行、统计信息进行采集、分析，不断提高产品质量和服务质量，确保第一时间通知专业技术人员到现场排除故障、解救被困乘客；电梯维护保养单位可远程对现场维保人员进行监督和技术支持，以确保其及时准确地完成维保工作及应急救援；实现电梯故障报警、困人救援、日常管理、隐患防范、质量评估、多媒体传输等功能的综合性电梯管理平台，为电梯的安全运行提供了第三重保障。