电梯轿厢意外移动的系统保护模式

张传基 邓明旭

（重庆市特种设备检测研究院 重庆 401121）

电梯轿厢意外移动的系统保护模式

张传基 邓明旭

（重庆市特种设备检测研究院 重庆 401121）

本文从系统论和控制论的角度探讨了电梯轿厢意外移动保护的系统保护模式，这种系统模式是通过电梯的电气防滑保护和改进的电梯超速保护的结合，作为电梯轿厢意外移动保护。这种系统保护模式虽然利用了轿厢原有的超速保护装置，但通过超速保护装置与电气防滑保护的配合，不仅具有很好的容错功能，而且成本较低，并能明显减少超速保护动作的次数和对电梯其它部件的损伤，是一种比较理想的保护方式。

轿厢意外移动 电气防滑保护 超速保护 夹绳器 安全钳

对于制动器失效后的安全保护，粗看是一个并不复杂的问题，似乎再增加一个制动装置就能彻底解决问题，但情况并不是这样简单。下面是一个轿厢意外移动的系统保护模式，通过对这种保护模式的分析，可以进一步说明上述问题。

1 电梯曳引机的电气防滑保护

当电梯制动器失效后，通常需要除制动器以外的其它安全保护装置来代替制动器执行安全保护任务。如果将电梯厅轿门、验证厅轿门关闭的电气监测装置、防止电梯门夹人的保护装置、电梯井道位置监测装置以及电梯的反平层功能等以一定的方式进行组合，也可以构成一种新的对制动器的保护机制：曳引机的电气防滑保护。而且这种组合保护的功能并不比单一部件保护的功能差。现将这种保护模式的动作机理简单介绍如下。

对轿厢意外移动保护的主要目的是防止制动器滑车引发的剪切事故，而剪切事故的发生必须同时具备几个条件，即要电梯厅轿门同时打开而且电梯处于移动状态并移动到能发生剪切的位置（即电梯滑车要到门区之外），如果能避免这几个条件同时出现，就能起到对制动器滑车的安全保护。

电气防滑保护可独立地对轿厢的意外移动进行保护。实际上，电气防滑保护是用适当的反平层制造缓冲时间，并用语音提示配合关门，最终用井道终端的缓冲器制动。通过这一系列保护方式的恰当组合，电梯可以在制动器发生滑车的情况下，不依赖夹绳器和安全钳，独立完成对轿厢意外移动的保护。而缓冲器失效的可能几乎为零，因而这种保护方式不仅适用面广，而且可靠性高。

电梯在开门滑车状态下要尽快关门，就要选择适当的语音提示和关门方式。在开锁区内用语音提示配合关门可以有两种基本方式。一种方式是检测到电梯开门滑车后，直接提示乘客后退同时立即关门（但关门时要保留门受阻后重开的功能，因为此时很可能是乘客在向外逃生），关门后再慢车驰向端站。但这里隐含一个问题，就是乘客不一定知道这种安全运作方式，在紧急情况下，乘客有可能自行扒门外逃，这反而使短时间内无法关门，也使门关闭后又可能会被重新扒开。另一种语音提示和关门方式是在开锁区内一旦检测到开门滑车，就在一个设定的短时间内暂时不关门，直接提示乘客迅速离开轿厢。由于在开锁区内容易离开轿厢，在很短的时间内乘客就可全部离开轿厢，这就提前避免了剪切事故并简化了后面的控制过程。乘客离开轿厢电梯就很容易关门，然后再慢车驰向相应的端站，终止电梯运行。但这种方式也隐含一个问题，即如果开门滑车速度较快，则轿厢在乘客离开过程中滑出开锁区时，仍有可能带来一些安全隐患。因此要妥善选择好开锁区内语音提示和关门的方式。一般情况下可这样考虑：如果开门滑车速度较快（滑车速度可用门锁电路配合旋转编码器进行检测），就提示乘客后退并立即关门；如果开门滑车速度较慢，即制动器只是部分失效，可提示乘客尽快离开轿厢并在短暂延时后关门。但是，一旦轿厢在开门状态下滑车到开锁区域边沿，就要立即启动反平层过程自动运行到开锁区域的另一边沿，然后再次制动让其重新自然滑车。由于制动器部分失效的几率远大于完全失效，而且开始这一段时间滑车速度很慢，因而这种滑车和反平层的交替进行一般能制造出足够的缓冲时间让电梯及时关门。一旦关好门，电梯就可慢车驶向端站，通过缓冲器进行制动。但需注意，如果电梯重载关门下行到下端站后，门又被乘客强行搬开朝外逃生，则随着重量的减轻电梯会变成轻载向上滑，此时若有人继续逃生仍有可能发生剪切事故，即此时若在开门状态上滑超过开锁区域上端，要重新开始向下反平层。如果保护过程中再次关好门，就慢车运行到上端站并故障锁定。在上端站时如果乘客强行搬开门朝外逃生，轿厢越来越轻，不会再下滑，不用再反平层。

2 防止轿厢意外移动保护的系统保护

但为有较彻底的防止轿厢的意外移动的保护，还要考虑电梯轿厢滑车到开锁区域外的意外情况，这就要用前述的电梯防滑保护与经过改进的超速保护制动装置配合，形成一种新的系统保护。电梯的超速保护制动装置通常是由夹绳器或限速器-安全钳构成，这种超速保护经过一定的改造可同时执行轿厢意外移动的安全保护。电梯防滑保护与电梯意外移动保护制动装置的配合原理及基本控制流程参见图1。下面简述一些控制要点。

1）防止轿厢意外移动的系统保护中，开锁区域内的曳引机的电气防滑保护是防止轿厢意外移动系统保护的重点，开锁区域外的夹绳器或安全钳在这个系统保护中是作为一种辅助手段。这首先是因为使用曳引机的电气防滑保护对设备的伤害程度非常小，而使用夹绳器或安全钳制动时则会对设备造成一些伤害。另外，过多地使用夹绳器或安全钳制动会增加电梯困人的几率和困人的时间，因为夹绳器或安全钳不像制动器，一旦动作后不能马上恢复，有时的恢复还必须是具有相当检验的电梯维修人员。

2）在能保证安全的前提下，夹绳器或安全钳能不用尽量不用，即使要用也要放在开锁区外。例如在电梯控制装置中，除检测门区的磁感应装置外，旋转编码器也可监测电梯的位移。但如果在电梯停车开门后用旋转编码器进行位移监测，一旦发现有一定的位移就动用夹绳器或安全钳就不一定必要。在电梯平层停车开门后，如果客梯进人较多或货梯上货较多，电梯可能发生一定的下沉，这种下沉只要不是持续下滑，就没有太大安全问题，而且必要时在开锁区内它还可以通过简单的反平层纠正，没有必要动用夹绳器。因此，启动夹绳器或安全钳的信号最好由监测门区的磁感应装置确定。另外，可以由其它保护方式完成的保护也不要用夹绳器或安全钳。例如在电梯平层停车开门前，如果用制动器上的验证开关检测到制动器未下闸就立即启动夹绳器或安全钳也不恰当。因为制动器该下闸时未下闸可能有机械原因也可能有电气原因，如果制动器电路的触点发生粘连也有可能导致制动器不下闸。虽然制动器电路中有两个独立触点能断开制动器电路，而且又有监控装置对触点进行检测，但如果两个触点的独立性不充分，或是监控装置出了问题，皆有可能发生制动器电路不能按规定断开的情况。因此，在用夹绳器动作制动器二次保护的控制电路中，应增加一个对制动器电路的检测，如果检测到制动器电路没有按规定断开，就应在制动器电路的前端强行切断制动器电路。同样，还要增加一个对门锁电路短接的监测和控制。因为此时是控制出了问题，制动器机械部分是好的，只要强行断开制动器电路，制动器就能可靠制动，没有必要动用夹绳器。

3）即使在用电气控制的夹绳器或安全钳进行轿厢意外移动的制动保护时，仍要进行适时监控，如果发现保护装置仍然失效，要再次启动电气防滑保护，使电气防滑保护与电气制动形成一个交叉循环保护。例如当监测到安全钳的下行制动无效时，可以上提轿厢使安全钳复位，然后重新启动电气防滑保护，通过反平层返回开锁区。而如果监测到夹绳器制动后滑车速度仍很快，说明夹绳器可能因某种故障而使夹紧力太小，此时可松开制动器（释放制动器的剩余制动力）尝试进行反向运动返回开锁区，并根据处理结果再做进一步的后续处理。如果监测到夹绳器制动后仍有滑车但滑车速度非常慢，则可用电机加一个类似于零速制动的力，就可进一步放缓下滑速度甚至可以完全制动轿厢，在这同时，可配合语音提示和关门保护，一旦关好门，就直接驰向相应端站，然后故障锁定等待救援。

4）电梯防滑保护和轿厢意外移动保护要注意保护区域：轿厢意外移动保护的区域应控制在GB 7588—2003 1号修改单中的规定的保护区域；而对轿厢意外移动进行交叉保护的防滑反平层也不要超过此区域，否则防滑保护就应直接用语音提示配合关门，然后返端站。

3 从系统论和控制论看防止轿厢意外移动保护的系统保护

系统论和控制论实际上是一种方法论，它研究的重点不是通过某个高性能的部件或某种高性能的材料来提高系统的性能，而是通过各部件的组合方式或组合结构来提高整个系统的性能。系统控制的早期研究就曾考虑如何用不太可靠的元件组成可靠的系统。实际上，在一个完善的控制系统中，即使某个部件出现较大问题，也不会使整个系统发生功能性的崩溃。本文探讨的防止轿厢意外移动的系统保护模式就是基于这种思想，它利用的是部件之间的配合，并没有增加新的制动设备，但却能得到一个非常好的控制效果。下面可看一下前述的防止轿厢意外移动保护的系统保护与一般保护的区别。

1）防止轿厢意外移动保护的系统保护具有很好的容错功能。容错功能的实现主要是借助系统自身的负反馈和闭环控制。在一个完善的系统中，对整个系统的自动监测和自我诊断能适时发现故障，而发现故障后，系统可以通过自动切换恢复系统的正常功能。也就是说，在一个完善的系统中，一个不可靠甚至发生故障的部件一般不会对整个系统的安全产生较大的影响。现分析一下，在上面的系统保护中，任何一个安全部件出现问题，实际上都不会对安全产生重大影响。在上面的电气防滑保护中，虽然电机的反平层在其中具有重要作用，但即使电机偶然出现故障而不能运行，也不会对整个系统保护产生灾难性的影响。因为在反平层过程中，即使电机出现问题，电梯的语音提示和厅轿门的关闭仍在正常工作，此时可切换到用语音提示乘客远离轿门而迅速关闭厅轿门。只要电梯的厅轿门关闭好，即使电梯滑车到端站也没有安全问题。就算是厅轿门关闭也同时出了问题（事实上两个故障同时出现的几率非常小），电梯开门滑车到了开锁区外，还有电气控制的夹绳器或安全钳制动，仍不会出问题。反过来，如果是轿厢意外移动保护中的夹绳器或安全钳出了问题，对整个系统保护仍然不是致命的，因为前面还有电气防滑的保护，故障可以被提前消除。还有，在电气防滑与电气制动处于一种交叉循环闭环保护中，即使由于某种原因在开锁区外的电气控制的夹绳器或安全钳失效，系统保护中的电气防滑仍可进行相应的保护。电梯滑车到开锁区外可能有多种原因，如开门滑车可能一开始就在开锁区外，或是滑车速度太快，防滑保护在开锁区边沿来不及反平层，或是电梯关门返端站过程中门被重新扒开。在这多种情况下，电气防滑保护在开锁区外都仍能对安全钳或夹绳器起到二次保护作用。而且即使在一些特殊情况下反平层功能失效，防滑保护的其它功能如语音提示、关门保护、慢车返端站等功能仍可起到相应保护作用，系统绝不至于崩溃。而在一般的保护中，基本上是一种开环控制，只要防止轿厢意外移动的制动保护部件失效，整个防止轿厢意外移动的保护可能完全失效。

图1 防止轿厢意外移动的系统保护控制流程图

2）防止轿厢意外移动保护的系统保护采用了最优控制。在达到同样目的的控制中，这种控制的成本几乎是最低的。所有的工程控制系统都有共同的特性：为达到同一个目标，存在着许多控制方法。不同的控制方法所付出的代价也各异，例如能量消耗，所费时间的长短，材料、人力和资金的消耗等均不相同。一般情况下，控制的功能越强、可靠性越高，其成本越高，但在一些合理配置的情况下也可以用较小成本获得较高级的控制。如何以最小的代价达到控制的目的的原理和方法是最优控制理论中的一个重要课题。在前述分析的防止轿厢意外移动的系统保护模式中，如果与同类型的利用轿厢上行和下行超速保护兼做轿厢意外移动保护模式相比，其安全性和可靠性明显要好些，而且这种系统保护模式由于在开锁区域内有一个前置保护，即使发生制动器失效，在很多情况下根本不需夹绳器或安全钳就能起到很好的保护，因而可避免保护时对设备的一些损伤。而若与用夹绳器进行保护的一般模式相比，这种系统保护模式成本也更低，因为它可明显减少夹绳器动作的次数，而很多夹绳器压块多动作几次就需更换。另外，与需要另外添加新的制动装置的轿厢意外移动保护模式相比，这种系统保护模式不仅安全性和可靠性更好，其成本也更低，因为这种系统保护模式基本上不需要另外添加新的制动保护装置，仅是利用电梯原有的一些安全保护装置进行适当的组合，就形成一种完备的轿厢意外移动的系统保护。

4 轿厢意外移动保护与GB 7588—2003

GB 7588—2003近期颁布的1号修改单对轿厢意外移动（轿厢在开门状态下离开层站）保护的方式和动作区域做了一些规定，从动作区域的大小上看，轿厢意外移动保护装置的动作区域显然可以大于开锁区。但目前GB 7588—2003对开门状态下的反平层则是严格限制在开锁区。实际上，GB 7588—2003只支持满足一定条件下的开锁区内的反平层只是考虑了电梯的平层问题，并未考虑到用反平层进行防止轿厢意外移动的保护。而对于轿厢意外移动的保护，实际上可以考虑两种基本方式，一种是用另一制停装置停止轿厢运动，另一种是借助电机进行反平层回到平层位置。将电梯的反平层限制在开锁区域，这在一定程度上限制了电梯反平层作为一种保护机制的运用。为了满足标准要求，本文轿厢意外移动系统保护中的反平层是在开锁区域内进行，改进的超速保护在开锁区外进行，这不违背GB 7588—2003。但为了能有更彻底的保护，即为了有较好的容错功能，本系统保护还提出了交叉保护的概念，即如果在开锁区域外专用轿厢意外移动保护失效，电梯的反平层功能还可对其进行保护，这种保护是首先关门，然后进行相关保护，这也不违背标准。但若在开锁区外出现一些非常特殊情况，如专用轿厢意外移动保护失效，电梯也关不上门，此时电梯继续滑车就非常危险。虽然这种情况发生的几率非常小，一般的保护可以不考虑，但它毕竟还是有可能发生，此时如果利用电梯的反平层复位，可化解这一危险，虽然是在开锁区外的开门状态，但只要在一个规定的合适的区域运行，反平层保护应该没有风险。因此，笔者建议GB 7588在以后修改中能把反平层这一保护方式纳入轿厢意外移动的保护模式中，至少它可以作为一种能与其它保护方式相配合的一种方式。实际上，只要恰当的限定轿厢反平层的动作区域和运作形式，轿厢反平层完全可以作为轿厢意外移动的一种保护方式，而且这种保护方式可以在不增加任何新的硬件的基础上实现，并且与其它保护方式相配合时，能明显增加电梯保护的安全性和可靠性。

5 结束语

电梯轿厢的意外移动是电梯中最危险的一类故障，而目前对这类故障的防护方式主要有三种：第一种方式是加强对制动器前期故障的监测，一旦发现问题马上停梯，不使故障继续扩大，这种方式主要用于同步主机；第二种方式是利用原有的超速保护装置如安全钳或夹绳器；第三种方式是在现有的制动器的基础上再增加一个新的制动装置。第一种方式虽然可以早期发现故障，其安全性比以前有很大提高，但如果制动器自身出现故障而对制动器的监测又出现故障，电梯没有后续保护，因而这种保护是不彻底的。第二种方式虽然可利用电梯原有超速保护作为后续保护，但超速保护的基本结构是用于超速的，直接用在偏低速度的轿厢意外移动保护上会有很多问题，如容易出现误动作或容易对导轨或钢丝绳造成损伤，因而这种方式得实际使用不是很多。第三种方式虽然是增加了一个专用的制动装置，但这会导致电梯成本增加，而且这只是增加一个单一的制动部件，这个单一的保护部件仍有失效的可能，因而这种保护也不能说是一个很彻底的保护。

电梯轿厢意外移动的系统保护实际上就是针对上述三种方式的一些弱点提出的一种新的保护模式。电梯轿厢意外移动的系统保护的基本结构是电梯的电气防滑保护与电梯原有的并经过一定改造的超速保护相配合，组成的一种新的系统保护模式。这种保护模式基本上不需增加新的保护装置，而是在原有的电梯各种保护装置间形成一种新的组合。这种保护模式不仅利用了电梯原有的超速保护装置，也克服了原有超速保护装置用于低速保护的一些弱点，同时还利用了电梯电机在安全保护中的一些特殊作用，使得这种新的电梯轿厢意外移动系统保护模式不仅实现成本低，而且保护范围宽，容错功能强，同时实用性也较好。

[1] 钱学森，宋健．工程控制论[M]．北京：科学出版社，2011.

[2] 易可君，欧阳绪清，等．系统论控制论信息论概要曾广容[M]．中南工业大学出版社，1986.

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[4] 霍绍周．系统论[M]．北京：科学技术文献出版社，1988．

System Protection Means for the Unintended Car Movement

Zhang Chuanji Deng Mingxu
(Chongqing Special Equipment Inspection Research Institute Chongqing 401121)

This paper discusses the system protection means for unintended car movement from the perspective of system theory and cybernetics. This is a system protection combining the elevator electrical anti-skid protection and the improved elevator overspeed protection. Although this system protection means used the elevator original overspeed protection, but due to the coordination between overspeed protection device and electric anti-skid protection, the system protection not only has good fault tolerance and lower cost, but also can significantly reduce the action number of overspeed protection and reduce the damage to other parts of the elevator, so it is an ideal way of protection.

Unintended car movement Electrical anti-skid protection Overspeed protection Rope clip Safety gear

X924

B

1673-257X(2017)05-0014-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.05.004

张传基(1957～)，男，本科，高级工程师，从事电梯检验、电梯检验质量管理及电梯检验报告签发等工作。

张传基，E-mail: daniel.zxh@163.com。

2016-12-24）

电梯制动器滑车可能引发电梯事故中最危险的一类安全事故：电梯剪切事故。电梯剪切事故既可能发生于电梯正常运行时出现故障状态下对乘客的伤害，也可能发生于电梯检修状态时出现故障状态下对检修人员的伤害，而且这两类事故发生的比例在电梯事故中相对也比较高。如何才能较好地较彻底的防止这类问题，无疑是电梯安全中一个非常重要的问题。