电梯困人自动救援安全监控方法及其装置—— 智能电梯产品系统化介绍（三）

　　编者按：轿厢困人是电梯安全事故发生的重要特征之一，也是我们在电梯管理成本上占主要位置。此点可在电梯的智能化上迎刃而解，即电梯具有困人自动救援功能与自动报警。同时，将电梯维保人员和管理人员工作量最大限度地降低；让政府的电梯安全监管工作做到有据可查，及时而有效地处于监管状态。

　　一、问题地提出

　　电梯作为垂直交通工具，与人们的生活和工作密不可分。目前，电梯在全国各地都有电梯困人待援或乘客盲目“自救”的事件时有发生；或进一步导致发生电梯伤亡事故。可见，每次伤亡事故触动了公众对电梯安全的敏感神经，且困扰着人们安全出行及外出办事。

　　下面我们来了解几起关于电梯困人待援或乘客盲目“自救”的事件。

　　事件 1：某年 5 月 27 日上午，台州某小区发生一起人员坠落电梯井事故。

　　一名业主乘电梯时，不慎坠落电梯井，不幸身亡。据该小区的一名保安回忆，当时，他正在小区执勤，接到人员被困电梯的求助电话后便立即赶往事发现场。该保安说，被困男子在等待救援时，曾动手扒开电梯门尝试逃生，没想最后发生了这样不幸的事。

　　事件 2：某年 8 月一天，位于济南市一大酒店内电梯突然发生故障，从八楼落到六楼，电梯内十余人被困。顾客试图用电梯内的应急求救电话联系，发现根本不通，就用手机联系到总台和在外边的朋友。20 分钟后，外边也没什么动静，顾客在里边试着扒电梯门，没有成功。5 点 20 分左右，酒店工程部的工作人员数人，在电梯外用拖把等工具将电梯门撬开，救出顾客。

　　事件 3：某年 11 月 23 日大清早，宁波某厂质检员钱某去车间取样，擅自操作电梯，当电梯运行至轿厢地坎距二楼地坎 1.9 米处时，因有人撞击层门，使轿门或层门电气联锁跳开，发生停机。钱某采取了自救的措施，将电梯轿、层门一一打开后，在轿门地坎与二楼上层门框约 0.37 米的狭缝间爬出过程中，从电梯护脚板下端与二楼层门地坎约 1.15 米的空隙中坠落电梯底坑，坠落距离约为 5.2 米。后来，人们撬开电梯层门后，发现钱某躺在电梯底坑里，已处于昏迷状态，急送医院，于 11 月 28 日死亡。

　　事件 4：一天晚上，某地银座商城电梯发生困人，顾客被困一个小时后经救援人员救出。

　　其救援过程：电梯发生困人，消防值班室当班人员张某、郄某接到电梯对讲报警电话后，立即通知华钜电梯公司值班人员刘某进行救援。华钜电梯公司值班人员刘某于 7 点 45 分赶到现场进行救援，于 8 点 18分左右回复值班室因专用钥匙不匹配，电梯厅门未能打开。由于当班人员未按应急救援预案程序进行通知和汇报，致使公司领导赵某、张某电话问询时，科室负责人杨某及专业负责人翟某毫不知情。待组织紧急救援支援后，顾客于 8 点 39 分方才救出，被困时间长达一个小时。

　　针对上述事件提及其安全方面存在的主要问题归纳如下几点：

　　1. 对于乘客被困电梯而言，常识应该更重要：对于不了解电梯工作原理的乘客而言，如强行打开层门，人容易跌入井道；人被困轿厢时不要盲目自救，安静地等待被救援；还可用手机或轿厢内紧急救援措施对外联络求救。

　　2. 近年来国内发生多起由于救援不当造成被困人员在救援过程中坠入井道死亡的案例，如果大家对救援过程的危险有一个比较清晰的认识，这些悲剧是可以避免！

　　3. 发现并预警潜在的风险，应成为当前监管部门、维保单位及第三方检验机构，在加强对电梯维保与检验工作监督之余；还需要通过不断地安全乘梯宣传，乘客被困电梯时切莫盲目自救。

　　4. 对于电梯行业工程技术人员来说，电梯困人及救援等问题应有责任与义务亟待解决此类安全问题；或利用当今成熟的新技术，新工艺进一步改进其安全结构及完善困人救援方法。

　　二、方案地抉择

　　综上所述，上述乘客在公共场所乘坐电梯时出现的事件及安全事故，其案例可知且并非个案。当然，对于电梯作为公共交通设备也存在管理及国民的素质教育等问题，此处不再赘述。现主要讨论电梯在设计、制造、使用及维保环节上。此外，根据以往统计的相关数据，发生的此类事件约占电梯安全总事件的 7 成左右。其具体问题下面进行逐一探讨与分析整理。

　　当电梯在运行中突然停止，出现关人或困人等现象应存在以下几个方面故障或关联要素。

　　1、电梯在运行中，轿门门刀触碰层门门锁滚轮动作。

　　2、突然有人扒门；或有人撞门引发层门电气开关动作。

　　3、安全钳钳口调整间隙太小或偏差过大，与导轨接触擦碰使安全钳楔块下行时误动作。

　　4、限速器钢丝绳过度伸长或意外误动作，使底坑断绳开关动作。

　　5、限速器本身故障，在没有超速运行的情况下电气开关误动作。

　　6、外围电网突然停电跳闸或断相。

　　7、曳引机闷车（或减速机构及其抱闸间隙过小），热继电器跳闸。

　　8、电梯运行时，轿厢出现蹲底或冲顶等故障。

　　9、层门门锁故障引起电梯在运行时突然停止。

　　10、因电梯故障等原因导致轿厢运行下行超速，限速器动作，使安全钳及电气开关动作。

　　11、电梯在关门过程时物件被夹轿门中，轿厢在运行过程中物件或乘客触动轿门门电联锁开关等，使电梯停止而困人。

　　12、在乘客或货物进入轿厢较多时，且称重装置质量、安装或维保不到位，当电梯运行过程中乘客或货物移动，使轿厢底荷载不均致超载开关动作。

　　13、当电梯在运行时，由于控制线路断线（如随行电缆）、电气开关损坏或机械磨损卡阻至电气开关动作等，突然使电梯停止而困人。

　　14、当曳引钢绳因故脱离反绳轮绳槽而松动，则首根绳卡在轮缘边时，则触动绳头组合开关，使电梯突然停止；或电梯仍在运行。

　　15、曳引机电机因故使某相导线断线或烧毁，导致电梯停止运行。

　　为便于逐一分析和制定处理上述 15 个方面的故障问题，则按其解决方法及故障发生的方式，将其分成四个方面的故障类型：

　　a. 故障 1、2、4、5、9、11、13 为电气开关等故障类型(即 A 类)；

　　b. 故障 3、8、10 为轿厢运行超速故障类型（即 B 类）；

　　c. 故障 6、7、15 为主机动力故障类型（即 C 类）；

　　d. 故障 12、14 为钢丝绳及绳头组合故障类型（即 D 类）。

　　由上得知，电梯有这么多的问题与隐患导致困人待救等事件时有发生，尽管政府及企业做了大量地工作与支持，但电梯的现场运行诸多状况及本身基础性技术存在的若干欠缺，却使电梯困人所带来的问题仍没有大的改观。因此，依据当前物联网技术、人工智能技术及 5G 等通讯实用性技术，解决并落实上述电梯困人等相关技术问题与现实中的应用痛点。除了针对我国国情，以及在技术及检规标准方面进一步完善与修订外，应采取如下方案将其问题有效地解决与完善。

　　三、结构与方案

　　因此，本方案依据上述归纳的电梯四个方面故障类型，将总体方案在现行电梯总成构架下，轿厢设置一电梯困人自动救援安全操作装置，即轿厢人机界面操作装置；而运行控制以物联网分布式布置，采用 5G通讯及北斗系统定位方式进行动态式数字化系统操作；此外，在运行系统设备终端上，以人机界面技术嵌入式平台展开智能化交互式运营与监控。显然，配套设计电梯困人自动救援安全监控系统，以及轿厢人机界面操作装置等作为本方案的中心思想及要点。

　　图 1 所示为电梯所配套的电梯困人自动救援安全监控系统示意图。由电梯总成 1、网联安全运行控制器2、轿厢人机界面操作装置 9、智能门锁 4、轿厢安全运行监控装置 5、限速器 11、虚拟主机 7 及绳头组合和超载装置 12 等组成。人机界面操作装置 9 装设在轿厢操纵箱上或轿壁上，具有像手机一样的人机界面操作及对话功能。副编码器 6 装设在限速器 11（见图 1）旋转主轴上，在图 2 中限速器弹性夹持处装设有压力传感器序号 6。而控制器 2 装设在电控柜 8 上；轿厢安全运行监控装置 5（含探测头）和报警器 3 及分别装设在轿厢上与层门外；智能门锁 4 装设在每层层门 10 上（图 1 中装置 2、4、5、6 及 12 详见本公司相关　　发明专利）。此外，在电控柜 8 配置常备电源（具有 ARD 功能）。

　　由此，则针对上述四个方面故障类型，进行其类型逐一分析，轿厢内乘客应如何配合完成，电梯困人自动救援的安全方案及其相关操作过程。

　　上述方案实施过程及操作方法如下：

　　1. 当电梯在正常运行过程中，乘客行为无异动或正常出入轿厢时，在电梯困人自动救援安全监控系统中，智能识别系统显示为正常，轿厢人机界面操作装置 9 也显示正常运行。如轿厢出现为第一项电气开关等故障类型（A 类）时，即电梯突然停梯瞬间，由智能门锁 4（含传感器）和副编码器 6 相关位置输入数据及代码（参见表 3）进入虚拟主机，通过其逻辑运算对比，则判断电梯轿厢因安全回路或控制线路出现故障，导致在非平层区域停止运行；且控制器 2 识别系统显示轿厢被困哪层楼位置。此时，操作系统启动电梯困人自动救援安全监控系统，人机界面操作装置 9 有相关语音及安全提示；若出现为某层层门门锁故障或门锁动作，使其报警器 3 警铃声响。同时，操作系统重新给电机发出指令，屏蔽电梯 A 类故障，使轿厢边铃响边自启动就近平层，停靠在无故障的层门，开门停止运行。当智能识别系统显示为正常时，电梯恢复运行；若为非正常时，则在人机界面操作装置 9 上显示电梯困人故障及待修。并将相关信息由控制器 2 发至相关设备控制终端。

　　2. 当电梯在正常运行过程中，乘客行为无异动或正常出入轿厢时，在电梯困人自动救援安全监控系统中，智能识别系统显示为正常，轿厢人机界面操作装置 9 也显示正常运行。如轿厢出现为第二项轿厢运行超速故障类型时，当电梯突然停梯瞬间，由智能门锁 4 和副编码器 6 相关位置输入数据及代码（参见表 3）

　　进入虚拟主机，通过其逻辑运算对比，则只能判断电梯因故出现故障，导致在非平层区域停止运行，并控制器 2 识别系统显示轿厢被困哪层楼位置。同时，因限速器图 2 中弹性夹持处装有传感器（序号 6），则限速器使安全钳楔块动作时，其传感器信号传至控制器 2，则判断此故障为 B 类故障中限速器运行超速。此时，操作系统启动电梯困人自动救援安全监控系统及轿厢上警铃声响，并装置 9 有相关语音提示。同时，操作系统重新给电机发出指令，自动转入电梯处于检修状态，使电梯边铃响边自行慢速向上一楼层就近平层，开门停止运行。当智能识别系统显示为正常时，电梯恢复运行。或在装置 9 上显示电梯困人故障及待修。并将相关信息由控制器 2 发至相关设备控制终端。

　　进一步地，当上极限开关 14 或下极限开关 15 和副编码器 6 相关位置输入数据及代码（参见表 3）进入虚拟主机，通过其逻辑运算对比，则控制器 2 识别系统诊断为 B 类故障中轿厢已冲顶或已蹲底。即上极限开关 14 或下极限开关 15 动作，使电梯处于冲顶或蹲底状态。此时，操作系统启动电梯困人自动救援安全监控系统及轿厢上警铃声响，并装置 9 语音安全提示及其故障状态。同时，操作系统重新给电机发出指令，屏蔽电梯 B 类故障，使电梯边铃响边自行慢速向下至顶层或向上至底层平层，开门停止运行。当智能识别系统显示为正常时，电梯恢复运行。或在装置 9 上显示电梯困人故障及待修。并将相关信息由控制器 2发至相关设备控制终端。

　　3. 当电梯在正常运行过程中，乘客行为无异动或正常出入轿厢时，在电梯困人自动救援安全监控系统中，智能识别系统显示为正常，轿厢人机界面操作装置 9 也显示正常运行。如轿厢出现为第三项主机动力故障类型时，即电梯突然停梯瞬间，由智能门锁 4 和副编码器 6 相关位置输入数据及代码进入虚拟主机，通过其逻辑运算对比，则只能判断电梯轿厢因故出现故障，导致在非平层区域停止运行，并控制器 2 识别系统显示轿厢被困哪层楼位置。同时，当控制器 2 识别系统诊断故障为 C 类时，即为电网停电跳闸或断相、曳引机闷车至热继电器跳闸故障，则操作系统下达启动电梯困人自动救援安全监控系统及轿厢上警铃声响。

　　且启动紧急照明及人机界面操作装置 9 语音故障提示及轿厢位置状态。此时，将电梯待梯 1-3 分钟无异常，则操作系统下达启用常备电源启动轿厢，边警铃声响及语音，边自行慢速就近平层。开门停止运行。在装置 9 上显示电梯困人故障及待修。并将相关信息由控制器 2 发至相关设备控制终端。

　　进一步地，当出现第三项 C 类中电机某相导线断线或烧毁故障时，导致电梯停止运行困人时，控制器2 识别系统显示轿厢被困哪层楼位置，则操作系统给电机启动电梯困人自动救援安全监控系统及轿厢上警铃声响。且人机界面操作装置 9 语音故障提示及轿厢位置状态。此时，将电梯待梯 1-3 分钟无异常，则操作系统下达启用常备电源，打开抱闸让电梯依靠平衡重力，慢车自行向下或向上就近平层。电梯开门停止运行，在装置 9 上显示电梯困人故障及待修。并将相关信息由控制器 2 发至相关设备控制终端。

　　进一步地，若上述电梯不能慢车自行向下或向上就近平层，或电梯待梯 1-3 分钟出现异常，则在人机界面操作装置 3 上显示电梯进入人工《电梯困人应急救援预案》模式。并将相关信息由控制器 2 发至相关设备控制终端。同时，装置 5中探测头将轿厢内状态图像通过虚拟主机运算与识别，经控制器 2由操作系统进入远程监控平台，对被困人员在人机界面操作装置 9上，启动人机界面对外联络互动机制（具有手机相似功能），由操作系统进入电梯运营远程安全生态监控系统（平台），见图 4 所示。并进入被困人员语音安抚对话及相关提示等，等待下一步人工救援。

　　进一步地，在等待下一步人工救援过程中，若装置 5 中探测头有轿厢内状态图像出现有人扒门、砸门等过激动作，则轿厢上警铃声响，人机界面操作装置 9 对其被困人员，展开语音对话及相关警告等措施。此外，维保人员或救援人员可与被困人员接入视频对话，防止出现乘客焦虑感、危及人身安全以及其他电梯故障等问题。

　　4. 当电梯在正常运行过程中，乘客行为无异动或正常出入轿厢时，在电梯困人自动救援安全监控系统中，智能识别系统显示为正常，人机界面操作装置 9 也显示正常运行。如轿厢出现为第四项钢丝绳及绳头组合故障类型时，即电梯运行时突然停梯，由智能门锁 4 和副编码器 6 相关位置输入数据及代码进入虚拟主机，通过其逻辑运算对比，则只能判断电梯轿厢因故出现故障，导致在非平层区域停止运行，并控制器 2识别系统显示为轿厢被困哪层楼位置。同时，因超载装置中绳头组合 12 与每根钢绳 13 均装有压力传感器，即钢绳 13 或超载装置 12 动作，被检测到电梯所处状态及故障，其传感器信号处理后传至控制器 2。此时，操作系统启动电梯困人自动救援安全监控系统，以及轿厢上警铃声响，并装置 9 上有相关语音提示及故障显示。同时，操作系统重新给电机发出指令，屏蔽电梯 D 类故障，使电梯边铃响边自行慢速就近平层，开门停止运行。在装置 9 上显示电梯困人故障及待修。并将相关信息由控制器 2 发至相关设备控制终端。

　　5. 本方案为电梯各安全部件（装置）设置若干传感器（如压力传感器、编码器、热继电器及探测头等），利用北斗地基增强型通讯系统或 5G 通讯系统，运用人工智能技术、嵌入式技术以及人脸识别原理，对轿厢所处状态与位置、各楼层层门门锁定位与状态、主机运行工作状态、曳引钢丝绳和称重装置的受力状态、限速器与安全钳的联动状态以及轿厢乘客相关图像与动作等，将其相关信息与虚拟主机在大数据下，进行边缘计算及对比，能够通过识别系统在动态感知下，确诊电梯处于何种工作状态及故障类型等。同时，操作系统将相关处理好的数字化信息、数据、图像，以及安全与维修信息及时传输到电梯运营远程安全生态监控系统（平台）上，如上图 4 所示。

　　四、要点与总结

　　本方案在于系统而全面地解决了我国电梯困人救援的窘况和解除了乘客被困轿厢的紧张心理状态及担忧之情；另一方面以人工智能等方法，完善与确保乘客等人员在乘梯过程中不同工况下，防止或化解人身安全事故及设备损伤等事件地发生。同时，将电梯维保人员和管理人员工作量最大限度地降低；让政府的电梯安全监管工作做到有据可查，及时而有效地处于监管状态。可见，让乘客在使用电梯过程中，确保其安全运营而棘手的问题变得轻而易举，使电梯在运营中一系列安全问题有效化解。

　　所以，本方案不仅提升了电梯安全运行的可靠性，从而其乘客乘梯的安全风险大大降低。又因本方案通过 5G 等通讯软件自动联入电梯运营远程安全生态监控系统终端。这样，既方便各级管理人员监管，又能第一时间得到救援人员或维修人员的响应及处理。而关键一点在于当电梯运营中轿厢困人安全问题得到智能化处理或动态管制时，网联驱动与控制进入电梯远程监控安全生态管理平台将成为可能。只有这样，才能确保我国电梯安全事故率至少下降九成以上，使电梯运行安全指数满足其电子安全功能（PE 系统）中的安全完整性等级要求不低于 SIL2，让我国老百姓生活质量及幸福感大幅度提升，真正体现我们执政党致力于“生命至上”的理念。

　　本发明已申报国家发明专利。其发明专利号为：202311809654.4。

　　吴哲 2024 年 1 月 15 日