吳蔚峰，鄭信勇，王曾赟

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）

0 引言

近年來電梯溜車事故頻發(fā)，引發(fā)大家對轎廂意外移動現(xiàn)場的關(guān)注和重視。EN 81-1:1998 以及ASME A17.1-2000 中均對轎廂非操縱移動/轎廂意外移動進(jìn)行了規(guī)定，促使2015 年7 月國家標(biāo)委會對GB7588-2003 進(jìn)行第1號修改單修訂[1]，增加了轎廂意外移動保護(hù)裝置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并于2016 年7 月1 日開始實(shí)施。因此，2016 年7 月以后，轎廂意外移動裝置成了新制造電梯的必要配置之一。伴隨而來的是，如何快速、科學(xué)地對轎廂意外移動裝置進(jìn)行檢測也成了各檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)新的研究熱點(diǎn)。

本文從轎廂意外移動裝置的原理及檢驗(yàn)要求為出發(fā)點(diǎn)，將其原理及檢測要點(diǎn)通俗地分析及總結(jié)出來，并對現(xiàn)有檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)常用的檢驗(yàn)儀器進(jìn)行歸類分析比較，發(fā)現(xiàn)目前現(xiàn)有的儀器對轎廂意外移動裝置的響應(yīng)時(shí)間均無法測量，在此基礎(chǔ)上，通過對檢測原理和檢測方法的改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一臺通過激光測距為核心的轎廂意外移動裝置的檢驗(yàn)儀器，通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，可以快速準(zhǔn)確地分析出轎廂意外移動裝置的響應(yīng)時(shí)間，較好地解決了相應(yīng)時(shí)間檢驗(yàn)現(xiàn)場無法檢測的局面，彌補(bǔ)了這方面的空缺。

1 轎廂意外移動裝置的結(jié)構(gòu)及檢測內(nèi)容

根據(jù)轎廂意外移動裝置的定義要求，電梯必須具有防止轎廂移動或使轎廂移動停止的裝置。因此轎廂意外移動裝置從功能上可以分為預(yù)防式保護(hù)（防止轎廂發(fā)生意外移動）和挽救式保護(hù)（制停發(fā)生意外移動的轎廂并維持其停止?fàn)顟B(tài)）兩種。要實(shí)現(xiàn)轎廂意外移動裝置功能，裝置一般由檢測部分和制停單元組成。檢測部分主要是由檢測單位、控制單元組成，主要檢測檢測電梯是否存在發(fā)生意外移動的風(fēng)險(xiǎn)，判斷轎廂是否發(fā)生了意外移動。

預(yù)防性檢測產(chǎn)品主要適用于不帶開門運(yùn)行功能的永磁同步曳引機(jī)電梯，通過驅(qū)動系統(tǒng)檢測制動器的制動力，檢測功能集成在變頻器和控制系統(tǒng)中，同時(shí)用力傳感器直接或者位移傳感器間接監(jiān)測制動器的正壓力，也就是標(biāo)準(zhǔn)要求的轎廂意外移動裝置的自監(jiān)測系統(tǒng)。

挽救式檢測產(chǎn)品主要檢測轎廂是否發(fā)生了意外移動。檢測單位主要是監(jiān)測電梯的開關(guān)門狀態(tài)、轎廂的實(shí)時(shí)位置變化，開關(guān)門狀態(tài)監(jiān)測主要的手段為電氣開關(guān)、傳感器或門聯(lián)鎖繼電器，以此來監(jiān)測層門的鎖緊狀態(tài)和轎門的關(guān)閉狀態(tài)。轎廂的實(shí)時(shí)位置變化監(jiān)測主要的手段是井道遮光板和光電組合以及霍爾感應(yīng)開關(guān)，以此來監(jiān)測轎廂是否離開了開鎖區(qū)。

控制單位主要是收集電梯狀態(tài)位置信息，并根據(jù)設(shè)定的邏輯來判斷轎廂是否意外移動，并發(fā)出指令，控制單元也是轎廂意外移動裝置監(jiān)測系統(tǒng)。主要是由安全繼電器、安全電路、可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)（PESSRAL）方式來實(shí)現(xiàn)。

制動單元主要是為了防止溜車發(fā)生，制停發(fā)生溜車的轎廂，防止轎廂的剪切和墜落。主要實(shí)現(xiàn)方式有安全鉗（雙向安全鉗作用于轎廂或兩套安全鉗各作用于轎廂和對重）、夾繩器或夾輪器（鋼絲繩制動器直接作用于曳引鋼絲繩或者補(bǔ)償繩）、機(jī)電制動器（直接作用于曳引輪或者與曳引輪直接連接的部件）。

根據(jù)轎廂意外移動裝置在TSG T7001-2009 第2 號修改單中的要求[2]，可以得出完整的檢測內(nèi)容必須包含以下部分：（1）驗(yàn)證轎廂意外移動裝置的檢測單元能否及時(shí)檢測到轎廂意外移動；（2）驗(yàn)證在型式試驗(yàn)證書給出的試驗(yàn)速度下試驗(yàn)，制停單元能及時(shí)響應(yīng)，制停距離必須滿足要求；（3）對于不帶開門運(yùn)行功能的永磁同步曳引機(jī)電梯系統(tǒng)，驗(yàn)證自監(jiān)測系統(tǒng)能否正?？煽康乇O(jiān)測。

2 現(xiàn)有檢測儀器的比較分析

目前，各檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對轎廂意外移動裝置的檢測大同小異，除了直接觀察電梯是否被制停外，檢驗(yàn)儀器的區(qū)別主要體現(xiàn)在如何檢測分析制停距離及加減速度、響應(yīng)時(shí)間等方面是否滿足要求[3-4]。

從電梯機(jī)房方面測量，主要是通過儀器從曳引鋼絲繩、限速器鋼絲繩方面測量，其核心原理是通過轉(zhuǎn)速表來測量，常用的測量儀器通過轉(zhuǎn)速表來擴(kuò)充功能的檢驗(yàn)儀，該類儀器實(shí)施方便，在機(jī)房就可以測量數(shù)據(jù)，不需要檢驗(yàn)員再機(jī)房和層站來回移動，但由于轉(zhuǎn)速表與鋼絲繩存在滑移，而且操作上存在人為的誤差，每次測量的儀器容易存在偏差，同時(shí)也無法分析出轎廂意外移動裝置響應(yīng)時(shí)間。

從電梯轎廂方面測量，主要通過EVA625 這類的儀器，其原理就是通過陀螺儀、三軸加速度傳感器等傳感器來測量，該類儀器都能夠較好地測量出轎廂的速度、加速度等參數(shù)，但是也存在無法分析出轎廂意外移動裝置響應(yīng)時(shí)間的缺陷[5-6]。

3 轎廂意外移動裝置檢測儀器的設(shè)計(jì)

通過轎廂意外移動裝置的型式試驗(yàn)合格證，檢測試驗(yàn)中主要測量的數(shù)據(jù)有轎廂移動距離、轎廂意外移動裝置允許移動距離、最大加/減速度、試驗(yàn)速度、轎廂減速前的最高速度、檢測單元的響應(yīng)時(shí)間、制動單元的響應(yīng)時(shí)間[7-12]。對于以上參數(shù)的檢測難點(diǎn)主要集中在響應(yīng)時(shí)間的測量。

根據(jù)UCMP 的功能特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究[13]，以驗(yàn)證UCMP 裝置動作前后是否符合規(guī)范為目標(biāo)，包括對嵌入式系統(tǒng)、智能傳感器、信號通訊技術(shù)、CAD 機(jī)械設(shè)計(jì)制造、電子信息工程等多學(xué)科進(jìn)行交叉融合制定設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了一臺轎廂意外移動裝置檢測儀器，儀器包括電梯轎廂移動運(yùn)行參數(shù)測量模塊、通訊以及智能終端模塊3個(gè)部分。

（1）電梯轎廂移動運(yùn)行參數(shù)測量模塊

該模塊以實(shí)時(shí)檢測轎廂位移作為電梯轎廂意外移動運(yùn)行主參數(shù)，測量數(shù)據(jù)具有連續(xù)性，方便后期的數(shù)據(jù)分析和診斷。該模塊在測量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需測距儀器的精度和頻率。

（2）通訊模塊

該模塊將測量模塊上的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)將測距裝置在UCMP 動作過程中的整個(gè)運(yùn)用曲線數(shù)據(jù)傳輸至智能終端模塊。

（3）智能終端模塊

該模塊設(shè)計(jì)可通過對處理后的電梯信號和運(yùn)行參數(shù)測量值進(jìn)行分析和比對，以此來驗(yàn)證UCMP 動作的可靠性是否符合規(guī)定。另外，通過軟件設(shè)計(jì)生成包括轎廂運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線圖等電子報(bào)告，專業(yè)電梯維保人員可依據(jù)報(bào)告內(nèi)容對UCMP 功能觸發(fā)時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、制停距離等進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

3.1 儀器介紹

圖1～2 所示為電梯轎廂意外移動保護(hù)裝置的檢驗(yàn)裝置，以及用于測量電梯轎廂意外移動距離的激光測距裝置。激光測距裝置包括固定底座和設(shè)置在底座上的激光測距裝置。底座通過永磁鐵固定在轎頂。激光測距裝置選用德國SICK的中程距離傳感DX35，測量量程為12 000 mm，分辨率0.1 mm，響應(yīng)時(shí)間2.5 ms，開關(guān)頻率333 Hz。

圖1 DX35激光傳感器

圖2 激光測距裝置外觀

通訊模塊用于接收激光測距裝置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通訊模塊進(jìn)行無線方式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。智能終端采用邊緣計(jì)算流程編譯器來設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)簡潔，邏輯性強(qiáng)。轎廂移動運(yùn)行參數(shù)測量模塊把接收到的脈沖信號通過無線傳輸模塊發(fā)送給電腦，電腦在轎廂意外動作完成后可以計(jì)算并還原出轎廂移動軌跡、移動方向、速度、距離等。如圖3所示。

圖3 邊緣計(jì)算流程

3.2 儀器測試前準(zhǔn)備

管理端需要輸入初始測量值。

（1）如果被測試電梯有再平層功能的，通過測量轎頂?shù)碾娞莨怆姼袘?yīng)開關(guān)尺寸，再平層光電感應(yīng)器與門區(qū)光電感應(yīng)器的距離S1，兩個(gè)門區(qū)光電感應(yīng)器之間的距離S2，井道內(nèi)的遮光板（隔磁板）S3。如果電梯無再平層功能的，通過測量轎頂?shù)碾娞莨怆姼袘?yīng)開關(guān)尺寸，兩個(gè)門區(qū)光電感應(yīng)器之間的距離S2，井道內(nèi)的遮光板（隔磁板）S3，此時(shí)S1=0。如圖4～5所示。

圖4 傳感器—遮光板測量示意圖

圖5 傳感器—遮光板實(shí)物

（2）查閱該電梯的轎廂意外移動保護(hù)裝置的型式試驗(yàn)報(bào)告，找到檢測子系統(tǒng)中的響應(yīng)時(shí)間t檢測及檢測到意外移動時(shí)轎廂離開層站的距離S檢測，制停子系統(tǒng)中的響應(yīng)時(shí)間t制停、所預(yù)期的轎廂減速前的最高速度vmax、對應(yīng)試驗(yàn)速度的允許移動距離S制停。如圖6～7所示。

圖6 型式試驗(yàn)報(bào)告（檢測子系統(tǒng)）

圖7 型式試驗(yàn)報(bào)告（制停子系統(tǒng)）

3.3 儀器測試

電梯通用轎廂意外移動保護(hù)裝置的檢驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟。

（1）在檢驗(yàn)前測量初始測量值S1、S2、S3值。

（2）通過固定底座將激光測距裝置固定在轎頂。

（3）初始化管理端。

（4）輸入初始測量值S1、S2、S3，檢測子系統(tǒng)中的響應(yīng)時(shí)間t檢測及檢測到意外移動時(shí)轎廂離開層站的距離S檢測，制停子系統(tǒng)中的系統(tǒng)中的響應(yīng)時(shí)間t制停、所預(yù)期的轎廂減速前的最高速度vmax、對應(yīng)試驗(yàn)速度的允許移動距離S制停。

（5）按照制造廠家給定的轎廂意外移動保護(hù)裝置試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，電梯制停，記錄到轎廂在轎廂意外移動裝置保護(hù)下運(yùn)行全過程的距離變化數(shù)據(jù)。

（6）管理端獲取轎廂意外移動過程的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；具體為：管理端將系統(tǒng)時(shí)間及激光測距的距離繪制成距離-時(shí)間曲線，通過距離-時(shí)間變化，位移為S，速度v=dS/dt，加速度a=dv/dt，計(jì)算轎廂移動的速度、加速度，繪制出速度-時(shí)間曲線和加速度-時(shí)間曲線。如圖8～10所示。

圖8 位移-時(shí)間曲線

圖9 速度-時(shí)間曲線

圖10 加速度-時(shí)間曲線

①由位移-時(shí)間曲線圖得到t0，當(dāng)距轎廂移動距離離達(dá)到（S3-S2）/2-S1時(shí)，作為轎廂意外移動裝置的響應(yīng)起始時(shí)間t0。

②由加速度-時(shí)間曲線圖得到t實(shí)際制動、amax。當(dāng)加速度存在轉(zhuǎn)折時(shí)，就是制動器開始釋放的瞬間的時(shí)間t實(shí)際制動，可以比較t實(shí)際制動-t0≤t檢測+t制停；amax≤g。

③由速度-時(shí)間曲線圖得到v實(shí)際max，速度v實(shí)際max≤vmax，v0≤v試驗(yàn)速度。

④綜合得到，S全程≤S檢測+S制停，且S全程-（S3-S2）/2-S1≤S制停。

（7）管理端將測試結(jié)果以數(shù)據(jù)表和圖標(biāo)曲線的形式呈現(xiàn)，同時(shí)與型式試驗(yàn)報(bào)告中的檢測子系統(tǒng)中的響應(yīng)時(shí)間t檢測及檢測到意外移動時(shí)轎廂離開層站的距離S檢測，制停子系統(tǒng)中的系統(tǒng)中的響應(yīng)時(shí)間t制停、所預(yù)期的轎廂減速前的最高速度vmax、對應(yīng)試驗(yàn)速度的允許移動距離S制停進(jìn)行比對，給出判定結(jié)果是否符合要求。如圖11～13所示。

圖11 結(jié)果判定條件

圖12 測試報(bào)告

圖13 測試曲線

（8）經(jīng)過多次的現(xiàn)場試驗(yàn)，驗(yàn)證儀器的可靠性和準(zhǔn)確性。如圖14所示。

圖14 現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

本文立足檢驗(yàn)工作實(shí)際，以檢測電梯轎廂意外移動裝置動作的數(shù)據(jù)，在充分分析研究相關(guān)檢規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)外，收集測量電梯是否合格的相關(guān)資料，包括檢驗(yàn)方法、配套儀器設(shè)備。還結(jié)合檢驗(yàn)檢測工作開展過程中產(chǎn)生的問題，有針對性地進(jìn)行設(shè)計(jì)、定制，以現(xiàn)有的UCMP 測試技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榛A(chǔ)，達(dá)到提高現(xiàn)場檢驗(yàn)效率、方便現(xiàn)場安全采集、具有通用性等為目的，研制出了一套的電梯UCMP 裝置檢驗(yàn)檢測儀，為檢驗(yàn)檢測提供了一種新的方法。該儀器具有以下特點(diǎn)。

（1）模塊化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場安裝較為方便，均符合相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）區(qū)別與目前主流的在電梯轎廂內(nèi)采集加速度、通過卷尺測量轎廂的移動距離的方式，通過轎廂直接測距的方式。

（3）通過實(shí)時(shí)檢測轎廂移動過程的絕對位置，同時(shí)生成位移、速度、加速度曲線，通過系統(tǒng)分析推算出轎廂意外移動裝置檢測響應(yīng)時(shí)間，可以分析出轎廂意外移動裝置的響應(yīng)時(shí)間，彌補(bǔ)現(xiàn)有檢測儀器不易檢測分析響應(yīng)時(shí)間的現(xiàn)狀。

（4）直觀地獲取轎廂意外移動的實(shí)時(shí)位移信息，有利于提高分析轎廂意外移動裝置性能指標(biāo)的同步性、準(zhǔn)確性、通用性。