基于LonWorks 现场总线技术改造——演练电梯的研究

王桂素，熊治，杨德屏，何宇，张桐，唐明旭

（1.重庆市质量安全考试中心，重庆 400000；2.重庆市金质职业培训学校，重庆 401120）

随着电梯数量的快速增长与频繁使用，电梯已经成为人们日常出行的重要设备，甚至被提到了“垂直交通工具”的高度。与此同时，超过10 年使用年限、技术落后的老旧电梯数量不断增加，各种运行故障难以避免且呈高发态势，从而引发困人、伤人等安全事故。据统计，2013 年至2017 年期间，全国共发生电梯事故327 起，造成死亡233 人。2017年电梯事故起数与死亡人数占特种设备总事故数和总亡人数比例分别为23.53%和16.33%。社会对电梯安全的关注度不断提高。事前的应急救援演练、事故发生后第一时间开展有效的应急救援和应急处置，对于降低人员伤亡和财产损失起着决定性的作用。

现今，LonWorks 现场总线技术已广泛应用于工业控制、智能楼宇、能源、交通等领域，具有以下显著特点：数据传输采用多主方式、支持多种网络拓扑方式、高效的数据处理能力、采用变压器隔离技术、统一的通信平台、更强的监控能力等。国家特种设备应急培训演练基地（重庆）运用LonWorks 总线技术，通过对乘客电梯、自动扶梯进行技术改造，增设监控装置和控制软件等，以专门用于应急培训和应急演练，在国内属较早开展综合性电梯应急培训演练研究及应用的。研究内容紧密结合电梯常见事故现象及原因，并能实现直观展现出多种故障现象。一方面，可为电梯维保、使用单位，以及公安消防等组织提供应急演练的真实平台，用于培训提高相关人员的应急救援技能。另一方面，还可在对应的故障情况下检验应急预案的可行性、合理性等，从而有助于推动电梯应急处置能力的整体提高。

1 系统控制原理及示意图

由电脑操作平台统一控制各种功能模式的演示。首先将现场的指令以数字信号的形式传输至数据采集部件（输入信号卡），利用电梯监控系统实施组态，对现场各种运行模式的控制信号传输至数据输出卡，再经数据采集部件（输出信号卡）将模拟信号送到电梯主板或者控制器，以对电梯相关器件实施控制功能，可直观演示出电梯的各种不同故障现象。其中电梯数据采集部件的具体配置与电梯操作方式有关。整个控制系统示意图如图1。

图1 控制系统示意图

系统中采用了LonWorks 现场总线技术装置，将用户操作台与电梯设备控制系统中的相关组件相互连接，以实现对电梯集中进行监控和管理，LonWorks 数据传输网络系统简图见图2。在电梯关键部位安装监控系统，如：轿厢、安全钳、限速器、门连锁等，与LED 显示屏连接后，可实时观摩故障演示中电梯有关部件的动作变化过程，以及应急培训演练中的具体细节。对于操作台一侧，则是通过组态软件来实现，还可以通过组态编程实现其他功能，具有可扩展性。

图2 LonWorks 数据传输网络系统简图

2 主要功能模式

为真实再现电梯典型事故的现场状态，如停电后轿厢困人、门区剪切、蹲底、安全钳意外动作，以及挤压、踩踏事故等，乘客电梯、自动扶梯经技术改造后可同时实现多种故障演示模式。操作演示界面局部示意图见图3。各种功能模式具体描述如下。

（1）电梯轿厢困人模式。可使电梯在正常运行中突然停止，进而可实施电梯困人救援操作。

（2）安全钳动作模式。可在电梯未超速运行的情况下，使限速器联动安全钳动作并将轿厢迅速制停在导轨上，从而按照相应安全操作规程救出被困人员，也可使参与者直观感受了解电梯的安全保护系统。

图3 操作界面局部示意图

（3）失电找基层模式。电梯在下行中对选层不响应，而是继续运行至基层，待找到基层后才重新响应所选楼层并退出该模式。

（4）门锁短接演示模式。电梯会在门开启的状态下仍向上或向下运行，待平层后才能退出该模式。

（5）轿厢超载机械溜车体验模式。当给出的模拟信号超过额定载重量时，电梯保持开门停止运行状态并发出超载报警声；当重量模拟信号继续增加时，电梯会继续下行至蹲底并撞击缓冲器。

（6）自动扶梯急停演示模式。在扶梯正常向上或向下运行过程中，通过急停按钮使其立即停止运行。

（7）自动扶梯逆转演示模式。待放置重物的梯级运行至自动扶梯上部时，启动逆转演示模式，自动扶梯会由正常速度降至零速后立即反向运行，且在梯级上存在重量偏差的作用下运行速度逐渐加快。

3 技术改造方案及主要内容

电梯具有多重机械及电气保护装置。通过对硬件及电气控制部分的改造，使电梯既能正常使用，也能在受控状态下直观演示不同故障现象，并在实施应急救援和应急处置后能快速恢复至正常运行状态。对电梯、自动扶梯的有关零部件进行改造或更换，主要涉及到电梯机械安全保护系统。一方面需要拆除部分保护装置，另一方面需特定制作部分电梯零部件。为实现乘客电梯安全钳动作模式，需更换设备原有限速器及张紧轮，并配置相应的电动装置，使电梯在实际未超速的情况下仍能联动限速器和安全钳产生动作。为实现门锁短接演示模式，需拆除防止电梯轿厢意外移动的保护装置，并通过软件提供门机到位信号。为实现自动扶梯逆转演示模式，需切断电机供电回路使主机刹车失效，提供制动器线圈供电，抱闸打开以实现逆转演示。其余故障或事故模式则主要通过利用组态软件来进行集中监控和管理，并采用LonWorks 现场总线技术将上位机与电梯控制系统进行通讯，以实现对多种典型事故状态的直接模拟。

4 技术特色与创新性

乘客电梯、自动扶梯经技术改造后能在安全、可控的前提条件下直观模拟出其在现实中不可控的多种故障现象，并用于对特种设备领域相关作业人员进行应急技术培训、开展应急演练等，以提高从业人员对事故的应急处置能力。此外，还能面向社会公众，用于宣传普及电梯使用常识和事故知识，增强公众的安全意识及正确应对事故等。系统采用了LonWorks 现场总线技术，实现了数字化、开放性、互操作性及对现场设备的适应性等优势，从而节省硬件数量与投资、安装费用、维护开销。利用监控组态软件实现与上位机的通讯操作，使系统具有远程监控和强大的远程故障诊断能力，可具有高度的系统集成主动权，方便了现场设备的更换和系统扩展，易于系统调整，为信息系统的构建创造了条件。

5 结语

乘客电梯、自动扶梯经技术改造后具备多种功能模式，可为电梯应急培训演练与公共安全教育平台提供坚实的技术保障。国家特种设备应急培训演练基地（重庆）运营以来，已为市场监管部门、电梯生产、维保、使用单位和其他企业等有关人员提供培训服务达一千人次以上，同时也已陆续接待社会公众前来参观体验，并获得了广泛好评且取得了良好的社会效益。此外，该系统的运用与国家公共安全要求、基地的功能及发展定位等相契合，具有推广应用的广阔前景，未来将在特种设备应急培训演练领域进一步发挥更积极的作用。