AI技术解决轿厢意外移动控制方法 —— 智能电梯产品系统化介绍（九）

 　  编者按：目前，电梯轿厢意外移动保护装置至少有五、六种型式，而我们研究认为有些种类达不到新技术标准的要求，应采取5G通讯低时延特征来解决，现已形成专有技术。

　　电梯意外移动技术问题已在GB7588-2003国家标准第1号修改单中提出，全国电梯生产企业展开了一系列对其产品的研发、制造及整机配套等工作。曳引式电梯等现已实施新版国标GB/T7588.1/2的新要求。那原电梯意外移动配套装置是否仍满足新版国标的要求？或还有哪些不足之处呢？可见，我们应从电梯整机系统及安全运行角度出发，来分析其适应性与安全可靠性。同时，我们应考虑民族工业电梯企业，如何在此产品与技术上获得较高的附加值，以及如何有效地降低其故障率呢？

　　一、问题地提出

　　我们知晓，当今电梯已具有数以百计的各种机械和电气功能，也包括其安全功能。在使用过程中电梯造成的重大伤害事件时有发生，其中部分原因是由轿厢意外移动直接或间接造成的。因此，在GB 7588-2003 《电梯制造与安装安全规范》 第1号修改单出台之后，为什么我们提出要求增加电梯轿厢意外移动保护功能及其相关装置等几个问题呢？对此问题电梯行业专家的提及及论述如下：

　　何谓意外移动，从广义上理解：因设备故障或人为误操作造成轿厢非正常的移动；从狭义上理解：电梯处于层站平层停车后轿厢非正常的移动，并扩展到电梯运行中轿厢未按系统设定速度曲线的移动。由此可知，意外移动的事件偶发性贯穿整个电梯运行过程，但是，现今采用意外移动装置最主要的目的，仍是实现电梯正常停车后意外移动的保护。

　　电梯在运营的全过程（包含维修），意外移动可能发现的三种状态：

　　a. 电梯大多数运行状态——电梯已经正常停平层时停车或运行当中；

　　b. 电梯个别的运行状态——电梯检修中途停车或检修运行当中；

　　c. 门锁装置锁闭机构验证失效或电气联锁被短接——电梯安全装置失效或电气联锁人为短接。

　　从各工况状态来看，由于门锁装置与意外移动造成伤害时有重要的因果关系，故同时列入本文讨论范围和考虑当中。在这些状态中，意外移动事件的偶发性是可能的。目前，许多意外移动伤害事件案例的技术分析已经得到证实。

　　当电梯限速器动作速度大于115%额定速度时，可看成对轿厢意外移动的保护； 而意外移动保护装置当作为小于115%额定速度意外移动保护时,则扩大了保护范围。另外，特别提出对停车后抱闸失效、曳引钢丝绳与绳槽严重打滑等状态。可见，能在诸如讨论的意外移动刚开始时就能实现保护, 这项安全技术将有效地提升了在用电梯的安全性及可靠性。因此,意外移动保护等诸如类似问题地实施务必解决,将实现“没有意外移动就没有伤害” 的意义 。

　　现在许多电梯事故案例也佐证，在开门情况下轿厢启动给人身造成的伤害是肯定的。认为电梯开门走梯的安全事故发生的趋势变得不是偶发性事件，因电梯使用量的逐年增加及多种因素的牵制，有时将成为大概率事件。因此，电梯开门走梯状态保护这一问题亟待解决。第一，从技术层面上应采取一种冗余措施，保证乘客或维修人员不被轿厢所伤害。第二，即增加一项安全防护措施，当电梯系统检测到电梯开门走梯状态时，轿厢或厅门发出讯响，提醒或警示相关人员注意到当前电梯的危险状态。

　　我们来看另一个案例：2020年12月3日，某单元住户余某（伤者）乘坐电梯下楼，事故电梯抵达29层后，余某走进轿厢并按下选层按钮。电梯轿门正常关闭，开始向下运行，随后电梯运行出现异常，余某站立不稳，跌倒在轿厢壁旁边。此时，电梯轿厢坠落蹲底，轿厢内乘客余某受伤。经现场技术专家组对事故技术分析，其结论如下：电梯运行过程中，曳引钢丝绳张力不均，发生径向跳动磨损和挤压挡绳装置，脱槽并持续磨损和挤压挡绳装置及吊板，导致一侧吊板被钢丝绳磨穿，轿顶反绳轮发生倾斜，钢丝绳全部从轿厢反绳轮脱落，造成轿厢坠落。由于安全钳楔块表面存在的不明污垢及未调整到位等原因，而存在导致安全钳制动力不足，不能有效制停轿厢，造成事故进一步扩大，乘客受伤严重。现进一步提出电梯检规中提出了限速器与安全钳的联动测试要求是否落实？

　　我们从此项事故中可管中窥豹。从安全角度而言，此电梯的关键要点在于限速器与安全钳保护装置未起作用，而此项也并非个案。因此，电梯坠落时安全钳不动作的状态也须彻底地解决。第一，从技术层面上应采取一种冗余措施来保证乘客不被失控轿厢所伤害。第二，增加一项定期自检测安全风险预防措施。即电梯系统自动检测到限速器与安全钳未动作状态时，应对相关人员发出指令或警示并电梯停止运行。

　　二、装置的要求

　　下面摘录GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》国家标准第1号修改单部分条款：

　　9.11轿厢意外移动保护装置

　　9.11.1 在层门未被锁住且轿门未关闭的情况下，由于轿厢安全运行所依赖的驱动主机或驱动控制系统的任何单一元件失效引起轿厢离开层站的意外移动，电梯应具有防止该移动或使移动停止的装置。悬挂绳、链条和曳引轮、滚筒、链轮的失效除外，曳引轮的失效包含曳引能力的突然丧失。

　　轿厢意外移动制停时由于曳引条件造成的任何滑动，均应在计算和/或验证制停距离时予以考虑。

　　9.11.2 该装置应能够检测到轿厢的意外移动，并应制停轿厢且使其保持停止状态。

　　9.11.3 在没有电梯正常运行时控制速度或减速、制停轿厢或保持停止状态的部件参与的情况下，该装置应能达到规定的要求，除非这些部件存在内部的冗余且自监测正常工作。

　　在使用驱动主机制动器的情况下，自监测包括对机械装置正确提起（或释放）的验证和（或）对制动力的验证。对于采用对机械装置正确提起（或释放）验证和对制动力验证的，制动力自监测的周期不应大于15天；对于仅采用对机械装置正确提起（或释放）验证的，则在定期维护保养时应检测制动力；对于仅采用对制动力验证的，则制动力自监测周期不应大于24小时。

　　如果检测到失效，应关闭轿门和层门，并防止电梯的正常启动。

　　9.11.4 该装置的制停部件应作用在：

　　a）轿厢；或

　　b）对重；或

　　c）钢丝绳系统（悬挂绳或补偿绳）；或

　　d）曳引轮；或

　　e）只有两个支撑的曳引轮轴上。

　　该装置的制停部件，或保持轿厢停止的装置可与用于下列功能的装置共用：

　　-- 下行超速保护；

　　-- 上行超速保护（9.10）。

　　该装置用于上行和下行方向的制停部件可以不同。

　　9.11.5 该装置应在下列距离内制停轿厢（见图7-10-1）：

　　a）与检测到轿厢意外移动的层站的距离不大于1.20 m；

　　b）层门地坎与轿厢护脚板最低部分之间的垂直距离不大于0.20 m；

　　c） 按5.2.1.2设置井道围壁时，轿厢地

　　坎与面对轿厢入口的井道壁最低部件之间距离

　　不大于0.20 m；

　　d）轿厢地坎与层门门楣之间或层门地

　　坎与轿厢门楣之间的垂直距离不小于1.00 m。

　　轿厢载有不超过100%额定载重量的任何

　　载荷，在平层位置从静止开始移动的情况下，

　　均应满足上述值。

　　图中：

　　① ——轿厢                         轿厢意外移动 — 向下和向上移动

　　② ——井道                                                

　　③ ——层站

　　④ ——轿厢护脚板

　　⑤ ——轿厢入口

　　9.11.6 在制停过程中，该装置的制停部件不应使轿厢减速度超过：

　　-- 空轿厢向上意外移动时为1 gn，

　　-- 向下意外移动时为自由坠落保护装置动作时允许的减速度。

　　9.11.7 最迟在轿厢离开开锁区域（7.7.1）时，应由符合14.1.2的电气安全装置检测到轿厢的意外移动。

　　9.11.8 该装置动作时，应使符合14.1.2要求的电气安全装置动作。

　　注：可与9.11.7中的开关装置共用。

　　9.11.9 当该装置被触发或当自监测显示该装置的制停部件失效时，应由称职人员使其释放或使电梯复位。

　　9.11.10 释放该装置应不需要接近轿厢、对重或平衡重。

　　9.11.11 释放后，该装置应处于工作状态。

　　9.11.12 如果该装置需要外部能量来驱动，当能量不足时应使电梯停止并保持在停止状态。此要求不适用于带导向的压缩弹簧。

　　众所周知，自从GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》国家标准第1号修改单实施以来，各电梯厂家先后开发及配套生产了各种方案的轿厢意外移动保护装置。由此，当前生产的电梯均按此标准陆续进入电梯消费市场，每年以不低于30万台数量增长。那么，现状如何？上述问题为什么没有获得圆满解决呢？下面特提出如下几点建议或看法。

　　1. 对于意外移动保护装置各种新的配套部件，其厂家应进行整机产品的系统性分析与风险评估，以预防性措施不能将其缺陷带入市场。关键节点应分析其选中部件的结构系统化及怎样确保其可靠性。

　　2. 对于老旧电梯我们将如何面对。在更新或改造过程中，重点应分析其配套部件与老旧电梯整体性匹配。即从其结构入手，强调其安全性及整体性融合。同时在老旧电梯改造时，既考虑配套的经济性，又要满足客户对电梯的性价比要求，使客户满意并配合。

　　3. 因电梯是公共产品，务必达到其安全规范要求，则在更换或改造电梯过程中，使其配件应符合最新标准提出的规范性要求，也就是进行再设计。重要的是产品除了满足最新版本检验规范的要求外，应通过当地监督部门的监督检验及规定。

　　4. 现有些轿厢意外移动保护装置安装的位置比较隐蔽，不方便维保。而且部份厂家采用的意外移动保护装置在电梯正常运行和停止时不一定参与动作。则其配套装置在电梯维保过程中常常易被疏忽或嫌麻烦而没有进行检查或测试。

　　5. 有部分维保人员对电梯相关安全保护装置的工作原理和维保方法不甚了解，没能掌握正确的维修技能，使其无法维保到位。则隐藏性的安全问题没在维保单上确认或记录。

　　6. 有些电梯制造单位，对其相关安全装置有载或空载制停仅停留在型式试验阶段，而未做安装后的功能检验。还有一些单位交梯时，做完一次功能检验后，此后也不做其可靠性测试及相应维保，而埋下不能有效制停的安全隐患。

　　7. 当前，国家标准对于电梯可编程电子安全功能系统检测项目及检测等装置，并没有提出相应检测要求与操作规定；更没有展开产品验收后现场如何进行定期的功能检验或自检测等相关程序及报备。

　　8. 对于不属于“轿厢意外移动”定义及保护的范围及安全性问题，没有提及其具体措施及预防性规定。如对停车后抱闸失效、曳引钢丝绳与绳槽严重打滑及安全钳不动作等引起的偶发性相关事件。

　　综上所述，目前电梯现场运行中无论是主制动器，还是附加制动器存在诸多工作状况与本身设计存在不足，以及可靠度不高等问题。由此，我们应结合当前物联网技术、AI技术及5G（或地基增强型北斗系统）通讯等先进的实用性技术，着力解决上述多项技术问题与现实中的应用痛点。除了针对我国国情，在技术、监管及检测标准方面逐步完善与修订外，务必且加快采取如下办法或措施来综合解决上述各种安全问题及可靠性。

　　三、结构与原理                              

　　为了有效解决上述所提及的相关安全问题或事件，我们可从两个方面入手：首先，将在电梯（直梯）上引入可编程电子安全功能系统（PE系统）配置。即把电梯上各类安全技术功能及相关联技术问题一并重新评估，确定其风险指数，而不仅指定义上的轿厢意外移动问题。另一点，提出增加机电式或电子式安全冗余结构。即引入AI与5G通讯技术，提升电梯整体安全的可靠度。如像自动扶梯一样植入附加制动器等电控装置。因电梯超速有安全钳制动，当安全钳系统中某一元件失效，则有一附加制动器辅助使电梯止停。同时，为有效落实上述两点，须将其安全功能系统分成传感器、逻辑和执行器共三个子系统，以满足电子安全功能系统的要求。此类系统的关键点在于确保其功能可靠地执行，不仅停留在标准的层面上。

　　本发明总体方案在现电梯整机架构下，机房内（或电控柜）装设一安全系统自动检测和监控装置系统。它既替代可编程电子安全系统监测功能，又具备各制动装置定期自动测试作用；而运行与测试控制以物联网分布式布置，在5G或北斗地基增强型通讯方式进行自动数字化系统操作。此外，在此运行系统设备终端上以智能技术嵌入式平台展开交互式管理与监控。由此，电梯在运营中轿厢意外移动和制动装置制动距离自监测，以及可编程电子安全功能系统等监控平台的设置为本发明的中心思想及要点。

　　本发明详见图1所示，为电梯与之配套的整机运行安全系统布置示意图。它主要由电梯总成1、网联安全运行控制器2（替代微电脑控制板）、副编码器3、双向限速器4、上下夹绳器5、智能门锁6及虚拟主机7等组成。控制器2主要由智能传感器、电路板（含

　　操作系统芯片）及软件等构成。副编码器3装设在限速器主轴8上。智能门锁6装设在层门上；均内配有传感器（详见本科研机构的自动门锁发明专利）。上下夹绳器5装设在主机承重梁上；并与双向限速器4（可称为触发装置）配合使用，全称为电梯附加制动器。此外，在电控柜9配置常备电源（具有ARD功能）。根据上述配置及网联安全运行控制器2功能要求，其电子安全功能系统监测和意外移动控制运作机理描

　　述如下：

　　方案一：

图1 整机运行安全系统布置示意图

　　1. 电梯超速1.15倍的保护：即将主制动器与安全钳动作的制动距离及其近似匀减速度等数值均通过副编码器3及控制器2操作系统进入虚拟主机存储与对比。在主制动器与安全钳动作的制动过程中，当与虚拟主机存储的数字模型进行对比，当识别系统显示为非正常，则操作系统下达停梯基站指令；并给电梯发出维修指令及信息。或显示电梯停止运行待修。

　　2. 主制动器的制动距离依据标准，以《电梯技术条件》中平层准确度或保持精度数值，在整机功能检验时，建立其数字模型（数据），并存入虚拟主机。而将其满载制动过程中匀减速度数值确定在不大于1.0gn；一并建立其数字模型，存入虚拟主机。同时，在此状态下再做空载下行自动模拟测试方法；将其数据建立其数字模型，一道存入虚拟主机，作为此后动作比较标准值。

　　3. 当主制动器制动距离及减速度数值，建立其自动模拟测试的数字模型后，写入定期整机功能自动测试的日期，并存入虚拟主机。其定期自动模拟测试的时间根据电梯使用状况而定。一般纳入半月或年度等保养时间。当每次自动模拟测试时，识别系统显示为非正常，则操作系统下达停梯基站指令；并给电梯发出维修指令及信息。或显示电梯停止运行待修。此外，电梯每次自动模拟测试时，建议维保人员在场安排自测试与日常维保。

　　4. 如果主制动器与安全钳动作自动模拟测试时，当减速度小于所规定最小值（0.2gn）的1.2倍时，应立即停车，在故障锁定被复位之后才能重新启动。检修人员在故障复位前应对其制动系统进行检查及维修，并采取纠正措施。

　　方案二：

　　1. 对于轿厢意外移动状态：附加制动器的制动距离及其近似匀减速度等数值均通过副编码器3、双向限速器4、上下夹绳器5、智能门锁6及控制器2操作系统进入虚拟主机存储与对比。在附加制动器的制动过程中，当与虚拟主机存储的数字模型进行对比，当识别系统显示为非正常，则操作系统下达给停梯基站指令；并给电梯发出维修指令及信息。或显示电梯停止运行待修。

　　2. 附加制动器的制动距离依据标准，即满足上述电梯GB7588标准中9.11.5条款的规定数值。在电梯功能检验时，建立其数字模型（数据），并存入虚拟主机。而将其制动过程中匀减速度数值确定在其标准中9.11.6条款的规定要求。并建立其数字模型，存入虚拟主机。同时，在此状态下再做空载下行自动模拟测试方法；并将其数据建立其数字模型，一道存入虚拟主机，作为此后动作比较标准值。

　　3. 当附加制动器制动距离及减速度数值，建立其自动模拟测试的数字模型后，写入定期电梯功能自动测试的日期，并存入虚拟主机。其定期自动模拟测试的时间根据电梯使用状况而定。一般纳入半月或年度等保养时间。当每次自动模拟测试时，识别系统显示为非正常，则操作系统下达停梯基站指令；并给电梯发出维修指令及信息。或显示电梯停止运行待修。此外，电梯每次自动模拟测试时，建议维保人员在场安排自测试与日常维保。

　　4. 如果主制动器和附加制动器在空载制停自动模拟测试时，当减速度小于所规定最小值（0.2gn）的1.2倍，应立即停车至基站，在故障锁定被复位之后才能重新启动。检修人员在故障复位前应对其制动系统进行检查及维修，并采取纠正预防措施。

　　方案三：

　　1. 对于其电子安全功能控制器中对监控电梯速度及运行方向（含检修状态）、停车后抱闸失效、曳引钢丝绳与绳槽严重打滑及抱闸释放监控等功能，具有传感器子系统；能够判断其相关安全功能，如计算电梯运行速度及判断指令方向和运行方向是否一致的逻辑判断子系统；能够使电梯在故障情况下停止并保持在安全状态下的输出子系统。即通过其主、副编码器3、双向限速器4、上下夹绳器5、智能门锁6及自身电子器件等电性连接，在与控制器2操作系统运行或动作时，将出现的上述状态进入虚拟主机存储与对比。则在电梯运营过程中，与虚拟主机存储的各类数据进行对比，当识别系统显示为非正常时，则操作系统下达停梯基站指令；并给电梯发出维修指令及信息。或显示电梯停止运行待修等警示操作。

　　2. 除了第1项多项安全功能外，还将验证电梯门关闭和锁紧的安全回路被人为短接情况下（含自动门锁损坏状态）；或在运行过程中电源断电时，在轿厢意外移动状态下系统应能自动识别与处理，使电梯停止或就近平层；并发出维修指令及信息。或显示电梯停止运行待修等警示操作。此外，相关类似安全方面的技术问题及功能也纳入本发明系统中一并监控与处理。

　　方案四：

　　上述方案一至方案三运营程序与方法，纳入电梯网联安全功能自动监控和检测系统控制器。其思路与配置详见图2所示。即可通过电梯本发明系统程序、输出端及接口，接入电梯安全监控生态系统平台或第三方电梯检验检测系统平台。

　　图2  电梯网联安全运行功能监测网络图

　　本发明专利包含执行上述电梯网联安全功能控制器2时，电梯等设备的使用、检验检测及监管过程中运行的软件程序。另说明一点，本发明运营程序等主要利用当今5G（或北斗地基增强型系统）通讯技术，使电梯等成为集群分布式物联网交互运行及生态监控管理。

　　四、要点与总结

　　由上可知，本发明在于进一步完善电梯现有安全功能及作用；另一方面以人工智能的方法，解决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、监管人员及第三方检验人员工作量大大降低，使棘手问题变得轻而易举。本发明优势及效果在如下几个方面：

　　1. 它不仅大大地提升了电梯安全运行地可靠性，从而使乘客乘梯安全风险显著降低。只有这样，才能确保我国电梯安全事故率在现有基础上下降达九成。

　　2. 因通过5G等通讯软件及设备端口将信息自动接入电梯物联网远程安全生态监控终端。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。关键一点在于当电梯安全问题得到智能化处理或解决时，而网联进入电梯远程监控安全管理生态平台将成为必然，使其安全使用与有效管理成为现实。

　　3. 因采用5G通讯技术作为信息的传输是本发明的一大亮点。我们知晓轿厢意外移动装置在动作过程中。其指令、信息及制动时间不能超过0.1s，对于微机控制系统很难做到此点。而利用5G通讯低时延特点则显得游刃有余。因其动作输送速度为毫秒计。可见，网联运行将是电梯高可靠度与高效率地运行的最佳选择。

　　4. 本发明仅将电梯微机板改为系统操作控制器等，增加控制操作软件程序与相关电子元器件等。而机械装置等相应减少，如上行超速保护装置并入上下夹绳器5。当然，还有部分电梯原安全配套部件的结构性改进。尽管企业技术与管理成本增加，但整体结构与安全性能的至臻完善，社会管理成本显著下降，使社会效益大幅度提高，且国民生活幸福指数同步提升。　

　　五、产品声明

　　本产品于2022年1月提出，现已获得国家电梯产品发明专利。其专利号为：202210112383.6。

　　本产品符合新国家电梯标准GB/T7588.1/2及相关标准要求。

　　

　吴哲 2024年12月15日整理于益阳