福建省特种设备检验研究院泉州分院
摘要：不断提升电梯运行的作业安全，实现电梯运行的智能化实时监控，已成为当前提升电梯综合性能的重要研究方向。为此，针对当前电梯轿厢在紧急救援中出现移动而无法实时监控问题，设计了一套智能化远程监控系统，并将该系统在电梯井中进行了应用测试，结果显示：该监控系统运行良好，能较好的对电梯轿厢移动状态进行实时监控及关键参数显示，满足了电梯的运行需求，对提高电梯的运行安全及企业竞争力具有重要作业，可进行推广应用。
关键词：电梯；紧急救援；轿厢移动；监控系统
Application of monitoring system in car movement during emergency rescue of elevator
Abstract：continuously improving the operation safety of elevator operation and realizing the intelligent real-time monitoring of elevator operation has become an important research direction to improve the comprehensive performance of elevator. Therefore，aiming at the problem that the current elevator car can not be monitored in real time due to its movement in emergency rescue，a set of intelligent remote monitoring system is designed，and the system is tested in the elevator shaft. The results show that the monitoring system works well and can monitor the movement status of the electric elevator car in real time and display the key parameters，which meets the operation requirements of the elevator It has important operation to improve the operation safety and enterprise competitiveness of the elevator，and can be popularized and applied.
Keywords：Elevator；emergency rescue；car movement；monitoring system
引言
近年来，随着国家综合国力的不断提升，越来越多的高楼大厦被修建起来，而电梯作为人员上下楼的关键设备，保证其运行的可靠性及稳定性，是当前企业关注的首先问题[1]。但随着电梯运行频率的增多，电梯在运行时经常出现振动、运行速度过快、停车不平稳、轿厢移动等问题，且当前针对电梯出现的故障问题，人员主要采用紧急断电或远程松闸溜车等方式，通过厅外的检修柜进行电梯的紧急救援，存在检修效率低、实时观察性弱、检修时安全性差等问题[2]。根据GB 7588-2003和TSGT7001-2009标准规定，电梯在紧急救援时，需设计一套实时监控系统，对电梯中轿厢的移动状态进行实时监控，以提高整个检修过程的可靠性。为此，在分析电梯紧急救援方式基础上，开展了开展了紧急救援时电梯轿厢移动状态的远程监控系统的设计研究，并最终通过了电梯井的现场应用测试，对提高电梯的作业安全具有重要意义。
1电梯紧急救援方式分析
经过对电梯紧急救援方式分析，确定了如下几点电梯紧急救援方法。
1.1直接松闸盘车救援
目前，部分电梯在紧急救援时，仍采用着直接松闸盘车的方式进行救援，此操作方式虽能起到一定的救援作用，但在操作时需由2人同时作业，1人松闸，另1人盘车，全救援操作过程均为人员的手动操作控制，存在较大的劳动强度及作业危险性。同时，电梯中经常使用永磁同步电机进行盘车制动，存在较大的盘车制动力，增加了人员的操作难度。整个救援方式的自动化、智能化及可操作性相对较低[3]。
1.2远程松闸救援
远程松闸包括了机械松闸和液压松闸等类型，而机械松闸方式应用较为广泛。机械松闸主要是在检修柜中设计了一个手动松闸扳手，操作人员咋救援时通过设计在外部的钢丝带动扳手进行抱闸或松闸操作，具有松闸可靠性高、人员操作简单、作业安全等特点，可实现对轿厢溜车速度的实时控制。但存在结构复杂、制动力不稳定等问题，同时，钢丝绳的综合性能直接影响着整个松闸或抱闸操作，一旦钢丝绳出现断裂问题，将会使轿厢出现严重的失速控制事故[4]。
1.3应急电源救援
应急电源救援是一种相对复杂的救援方式，主要是电梯中设计了一套大电量的蓄电池应急电源，当电梯运行时出现了断电问题，可由储备的应急电源向控制柜及电机等用电设备提供实时电源，并能有效保证整个供电过程的实时性及不间断性[5]。此时，人员可通过控制柜对电梯轿厢运行速度进行实时控制，保证其平稳滑移至平层，以此开始电梯的救援。此救援方式的自动化控制程度相对较高，运行较为可靠，符合当前电梯的应急救援需求。其工作原理图如图1所示。
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图1 应急电源救援的原理图
2.电梯轿厢移动的监控系统总体设计
2.1相关国家标准分析
通过电梯相关标准的整理，确定了如下几点要求：
（1）GB/T10058-2009国家标准规定，电梯在停电状态时，应采用相关措施使轿厢处于缓慢移动状态；
（2）根据TSGT7001-2009标准规定，电梯在发生紧急情况时，需能直接或间接通过对其进行远程控制，并对轿厢的移动状态进行实时监控和显示。
（3）根据GB/T10060-2011国家标准规定，电梯出现停电或电源故障时，需在采用措施来保证轿厢移动至层门的开锁区域内。
结合以前的相关国家及企业标准，开展了电梯紧急救援时轿厢移动的监控系统应用研究。
3监控系统的总体设计
电梯的结构类型相对较多，但其结构的主要组成部件主要包括：减速箱、电动机、控制柜、缓冲器、限速器、轿厢等，通过各部件的相互配合，实现对人员或货物的运输作业。据此为基础，针对轿厢紧急状态时出现移动而无法实施监控问题，在满足相关标准基础上，设计了一套远程监控系统[6]。该监控系统的核心主要由旋转编码器、IPRD信号处理板、后备电源模块、LED显示等模块组成，通过旋转编码其核IPRD信号处理板的相互配合，实现对轿厢紧急状态时移动的速度、方向等信号进行采集及分析处理。其中，旋转编码器负责对轿厢移动的相关参数进行采集，经过转换后传输至IPRD信号处理板中MCU进行分析、判断及处理，当轿厢速度超过设置的阀值速度时，该监控系统则发出相应的报警提示，并通过LED显示器进行故障问题及轿厢位置的实时显示。人员只需根据显示界面的提示快速进行故障检测及检修。整套系统智能化程度较高，全程无需人员判断及参与，不受现有检修柜空间尺寸限制，符合当前智能化电梯运行的建设要求。监控系统在电梯中的集成后的总体框架图如图2所示。
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图2 监控系统在电梯中的集成后的总体框架图
4监控系统中关键部分设计
4.1IPRD信号处理板设计
IPRD信号处理板是整个监控系统中的关键硬件部分，主要负责采集编码器中采集到的数据进行分析处理，并将电梯轿厢的运行状态进行实时显示和超速报警。因此，所设计的IPRD信号处理板主要包括电源滤波模块、差分信号转换模块、信号处理模块（MCU）、程序烧写模块、LED显示模块等组成，其中，电源滤波模块主要负责给信号处理模块、差分信号转换等模块提供相应的电源，而程序烧写口的程序则直接传递给信号处理模块中进行执行，分析处理后的轿厢移动速度、方向、所处层门区域等信息通过LED进行实时显示。另外，IPRD信号处理板中的差动接收器主要由SN75178型号及外围电路等组成，通过不断的进行A+和A-信号的比较，而在外围电路中设计了多个R电阻和C电容及RC滤波器，有效滤除了信号中的高频及信号反射问题。
4.2信号处理及显示回路设计
整个监控系统中所采集的信号需经过信号处理模块（MCU）进行分析处理，并将电梯轿厢的运行参数通过显示器进行实时显示。根据GB7588-2003标准规定，电梯轿厢紧急状态时的运行速度需≤0.63m/s，故在设计时进行了超速的红灯警示设置。针对信号处理及显示回路中采用了MC9S08SH8单片机及外围器件，主负责接收差动接收器处理后的TTL电平信号，通过分析计算后，得到轿厢的移动速度，最终通过LED显示屏进行实时显示。其中，该单片机中设计有J2程序烧写端口、S1拨码开关、不同等级的反应速度（D1~D4）以及BAT电源电量显示，电量不足时则发出相应的报警闪烁提示，而回路中的DK灯则可反应轿厢紧急状态时所处的层门位置。由此，此回路的操作功能满足GB7588-2003标准的要求。
4.3后备电源模块设计
后备电源模块既能为电梯紧急状态时提供用电保证，也能为整个监控系统正常运行提供电源。因此，所设计的后备电源电路包括了充电电路、电压控制电路、推挽升压电路、整流电路、充电电池组等部分，在接通220VAC电源后，经过滤波和充电电路的处理，传输至高频变压器进行电压输出，所输出的电压则经过PWM控制器进行实时调节，能最终输入的电量则存储于24V充电电池组中。由于整个家监控系统中存在多个电压值需求，故经过推挽电路的升压操作后，可输出DC180/90V的直流高压，而经过DC/DC转换后，可输出DC5V的直流低压值，为各用电部件及时提供相应电源。
5监控系统应用测试
为验证该系统的可靠性及运行效果，将其在电梯井中进行了实际应用测试，主要包括对旋转编码器、IPRD信号处理板、后备电源等模块部分的应用测试。经测试，该监控系统运行良好，各分项模块运行正常，通过了企业内部的性能、质量等测试验收，能较好的满足电梯轿厢移动时不同状态的全程实时监控功能需求。所采集数据的正确性明显提高，针对电梯出现紧急状态时的轿厢移动问题，能及时发出相应的报警提示，人员只需通过显示界面的信号提示对轿厢进行快速诊断及检修，在提高轿厢运动安全的前提下，也大大提高了设备的可操作性及检修的灵活性，电梯企业的整体竞争优势得到显著提升。由此，验证了该监控系统的可靠性及可行性。
6结论
降低电梯运行时的故障概率，保障设备及人员的安全，实现电梯运行过程的智能化远程监控，已成为当前提升电梯综合性能的重要改进方向。实现电梯紧急救援时轿厢的移动状态的实时监控，对有效保证轿厢的作业安全及后期的检修保养至关重要。为此，在满足相关国家标准前提下，开展了紧急救援时电梯轿厢移动状态的远程监控系统总体设计及关键分系统研究。通过在电梯井中的实际应用测试表明，该监控系统运行良好，能实时完成对轿厢运动状态的实时监控，在提升轿厢运行安全基础下，也提高了电梯故障维修的灵活性及企业的市场竞争力，实际推广应用价值较大。
参考文献：
[1]张书俊，苏天宝，丁力，牛丹，朱孝慈，陈善龙.智慧电梯云平台监控系统设计与实现[J].工业控制计算机，2020，33（10）：110-112+115.
[2]李建中.西门子PLC在电梯控制与监控中的应用[J].电子制作，2020（17）：68-69.
[3]孙振. 电梯轿厢内异常行为检测及其监控系统设计[D].中国矿业大学，2020.
[4]尹天民.物联网智能电梯空调及其监控系统的设计与应用[J].计算机产品与流通，2020（03）：94.
[5]廖志强，吴翩卉，胡光雄，蔡贤云.嵌入式电梯群监控系统研发[J].机电工程技术，2019，48（09）：127-130.
[6]莫火生.关于电梯实时监控与故障报警系统设计的研究[J].居舍，2019（24）：185-186.
作者简介：王明章，男，1992年出生，福建南安，本科学历，电气类。