井道信息安全模块系统在电梯中的应用

尹建峰

（菱王电梯股份有限公司，广东 佛山528225）

0 引言

传统电梯井道安全和位置检测元件包括符合标准GB7588—2003 10.5的极限开关，控制用的限位开关、端站强迫减速开关和用于准确平层的轿厢平层位置感应器及对应的井道层站位置遮板。此外，为满足电梯使用中的一些特殊功能需求，比如电梯提前开门及开门再平层，还需单独增加井道位置检测元件和符合安全型式试验验证的控制电路板。为防止因电梯轿厢意外移动而发生人员伤亡事故，在新版本的GB7588意见稿中还首次加入了防轿厢意外移动（UCM）条款，该条款的实现对现有电梯在检测、控制方面都提出了新的要求。井道信息安全模块系统通过对电梯井道绝对位置的采集及与控制系统的可靠协调工作，可代替完成以上井道元件的功能作用，并具有独有的功能、性能及使用特点。

1 电梯井道轿厢位置检测及减速控制元件

1.1 轿厢平层位置检测装置

通常是采用平层位置感应器与对应装在导轨上的平层位置遮板互相动作来保证电梯轿厢准确平层。为保证准确平层，在现场调试中，一般是先反复调整井道导轨上安装的遮板位置，再通过系统软件精调来实现。当电梯运行时，如发生钢丝绳打滑或井道位置数据丢失，控制系统要通过井道内固定位置来进行校正。如电梯配用提前开门及开门再平层功能，除以上平层感应器外，为保证安全还要另外再配置一套平层感应器，以可靠实现以上功能。

1.2 轿厢井道运行上下强迫减速开关、极限开关

电梯运行时，事先在井道上下端站安装有限位开关和极限开关，以确保电梯运行到端站，因意外失控不能按正常控制曲线进行减速时，轿厢触发端站强迫减速开关，系统通过强制性的控制运行方式让轿厢减速运行。不同梯速开关安装的距离也不同，减速开关信号通过井道内布置的电缆引入机房控制柜。当电梯失控冲过行程时，通过安装在井道内的极限开关强制让电梯停止。

1.3 井道位置数据检测

在电梯正常运行前都要学习确定井道行程高度、各楼层平层位置及井道内各种开关位置数据，这一点目前大多通过曳引机配置的高精度旋转编码器来实现。旋转编码器每转输出固定的脉冲数，通过计算可以转换成精确的位移和速度信号供控制系统读取。当轿厢运行过程中钢丝绳因种种原因与曳引轮产生位移误差时（俗称钢丝绳打滑），控制系统要重新通过一个固定点来进行位置校正，比如在电梯基站位置或平层位置。因此，轿厢通过编码器方式获取的并不是一个绝对的井道位置数据。

2 电梯提前开门／开门再平层运行及UCM功能

2.1 电梯提前开门／开门再平层运行

电梯在平层时实现提前开门或开门再平层功能是一种特殊模式下的运行方式，在实际应用中非常有用，很受用户欢迎。由于系统要短接门锁回路让电梯运行，因此，确保运行安全是第一位。显然，完成以上功能的专用控制电路板及控制原理必须通过相关电路板型式试验验证。同样，当需要调整提前开门动作量时，要对井道内安装的平层遮板和轿厢上的平层感应器距离进行协调调整，甚至更换井道内各楼层平层遮板。

2.2 电梯UCM功能

欧盟 EN81－1：1998／Pr A3：2008 F9.11 Protection against unintended car movement增加了防轿厢意外移动功能，简称UCM功能。该功能对防止因轿厢意外移动而对乘客造成的伤害起了重要作用，我国新版的GB7588电梯标准意见稿中也增加了该条款。实现UCM功能，应包括一套对轿厢离开门区位置的检测装置或检测单元，通过该装置来判断轿厢是否已离开平层区或开锁区，并且在电梯主电源断电情况下也能进行检测和执行保护动作。目前主要是采用电子式限速器实现UCM功能，并通过安装在上面的编码器的读数值来检测和确定轿厢的意外移动距离。

3 井道信息安全模块系统

井道信息安全模块系统采用经过长期考验的磁栅尺技术，以高精度测量电梯轿厢在井道中的绝对位置，从而实现对电梯轿厢运行的直接控制，可取代传统电梯井道位置编码器式的间接测量技术，主系统通过安全控制模块系统的输出信号完成平层、减速、提前开门／开门再平层及UCM等功能。井道信息安全模块系统包括磁栅尺及传感器测量单元和安全模块控制单元。

3.1 磁栅尺及传感器测量单元

磁栅尺是一柔韧的与一条钢带完美结合的带状物，磁栅尺在摩擦运行中具有极高的耐磨性，同时还具有抗烟雾、抗污染、抗油垢、防潮湿、防振动和防振荡的特性，因此其非常适合在电梯井道环境中应用。

磁栅尺相当于一个直接安装在电梯轿厢上的安全的绝对值编码器，其内部特殊的随机码RANDOM－Code可在1 000 m的测量范围内达到±0.5 mm的准确度，位置精度可达1 mm，最高分辨率可达0.062 5 mm。数据的读取是无接触式、高精度和可重复性的。由于测量单元是固定安装在电梯轿厢上的，与井道固定安装的磁栅尺之间无位移误差，因此，通过这种方式得到的电梯井道数据是真正的绝对位置数据，甚至在长时间无电源情况下，系统上电后重新读取也无需校对。对磁栅尺数据的读取采用专门的读取传感器单元，该单元中有两个读取传感器，二者是物理性分开的，并且内置的监控系统始终对这两个传感器的工作状态进行检测，如果其中一个传感器停止正常运行，则读取单元自动激活另一个的备份，同时向上位控制器报告故障，以确保整个系统绝对可靠工作。同样，该单元也具有抗烟雾、抗污染、抗油垢、防潮湿、防振动和防振荡的特性，非常适合在电梯井道环境中应用。

3.2 安全模块控制单元

安全模块控制单元是一个通过安全型式试验认证的控制器，可直接作为电气安全部件进行控制使用。该控制器读取井道磁栅尺的数据，可通过多种通讯接口——SSI、CAN、CANO－pen（满足DS406和DS417标准）、RS422、RS485与主控制系统进行通讯，监视、控制轿厢的位置、速度、平层位置状态、限位开关或端站减速点位置，实现提前开门／开门再平层和UCM功能对轿厢井道位置数据的要求。由于控制器本身已通过了安全认证检测，因此由控制器安全继电器输出控制信号可以直接接入电梯安全回路，并代替提前开门／开门再平层电路板，供电梯主系统完成对电梯以上功能的控制。安全模块内部框图如图1所示。

图1 安全模块内部框图

4 井道信息安全模块系统在电梯中的典型应用及对比分析

4.1 电梯轿厢位置及井道数据

（1）传统电梯采用曳引机编码器方式获取的是一个相对的编码位置信号，而用井道信息安全模块系统磁栅尺获得的是绝对位置信号。

（2）对钢丝绳打滑导致的位置偏差不需要进行系统校正。

（3）获得的位置信号精度高、重复性好，即使长时间断电后仍能准确进行定位，而不需要重新进行井道自学习。

4.2 轿厢平层位置及减速点位置

（1）传统电梯调整轿厢平层、井道遮板位置及强迫减速开关位置，都是通过现场人工作业方式来完成。采用井道信息安全模块后，由于获取的是绝对位置信号，对以上位置的调整只需要通过软件就能精准实现，对门区的距离调整非常方便、快捷，完全可以取代传统电梯井道楼层平层遮板及轿厢平层感应器调整方法。

（2）井道内减速点位置同样可由软件进行设置调整，并可由安全控制器输出强迫减速信号，完全取代传统电梯中的各减速开关和连接电缆。

4.3 提前开门／开门再平层功能

借助获取的轿厢井道位置的绝对数据和模块控制器的安全特性，同样可以通过井道信息安全模块实现提前开门／开门再平层功能，提前开门量和位置的确定不再需要传统的对井道遮板的更换和调整来完成，只需通过采集到的井道绝对位置数据，由主系统软件来调整即可，可靠、方便、快捷又节省人工费。

4.4 UCM功能

实现UCM功能，首先要对轿厢发生的意外移动及移动距离进行判定，继而与主控制系统和UCM控制装置一起完成UCM保护功能。由于磁栅尺具有读取井道和轿厢绝对位置数据的特点，很显然，对轿厢意外移动距离的判定非常容易，即使在主电源断电情况下，通过后备的UPS电源也能实现。

5 结语

本文针对传统电梯井道数据获取方法、轿厢平层实现方式、井道内各强迫减速开关位置的设定方式以及提前开门／开门再平层功能和UCM功能的实现原理，提出了采用井道信息安全模块系统代替传统电梯对以上领域的应用，该系统安全、可靠、耐用，维护调整方便、快捷，安装方便。文中同时分析比较了两者的技术特点，为井道信息安全模块在传统电梯中的应用、改造以及传统电梯的技术提升提供了一些新思路。

［1］GB7588—2003 电梯制造与安装安全规范［S］.

［2］朱昌明，洪致育，张惠侨.电梯与自动扶梯［M］.上海：上海交通大学出版社，1995.

［3］EN81－1：1998／Pr A3：2008 Protection against unintended car movement［S］.

［4］ELGO Electr onic LI MAX33 Saf e Manual［Z］.