基于LonWorks 現(xiàn)場總線技術(shù)改造
——演練電梯的研究

王桂素，熊治，楊德屏，何宇，張桐，唐明旭

（1.重慶市質(zhì)量安全考試中心，重慶 400000；2.重慶市金質(zhì)職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校，重慶 401120）

隨著電梯數(shù)量的快速增長與頻繁使用，電梯已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾O(shè)備，甚至被提到了“垂直交通工具”的高度。與此同時，超過10 年使用年限、技術(shù)落后的老舊電梯數(shù)量不斷增加，各種運行故障難以避免且呈高發(fā)態(tài)勢，從而引發(fā)困人、傷人等安全事故。據(jù)統(tǒng)計，2013 年至2017 年期間，全國共發(fā)生電梯事故327 起，造成死亡233 人。2017年電梯事故起數(shù)與死亡人數(shù)占特種設(shè)備總事故數(shù)和總亡人數(shù)比例分別為23.53%和16.33%。社會對電梯安全的關(guān)注度不斷提高。事前的應(yīng)急救援演練、事故發(fā)生后第一時間開展有效的應(yīng)急救援和應(yīng)急處置，對于降低人員傷亡和財產(chǎn)損失起著決定性的作用。

現(xiàn)今，LonWorks 現(xiàn)場總線技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能樓宇、能源、交通等領(lǐng)域，具有以下顯著特點：數(shù)據(jù)傳輸采用多主方式、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞绞?、高效的?shù)據(jù)處理能力、采用變壓器隔離技術(shù)、統(tǒng)一的通信平臺、更強的監(jiān)控能力等。國家特種設(shè)備應(yīng)急培訓(xùn)演練基地（重慶）運用LonWorks 總線技術(shù)，通過對乘客電梯、自動扶梯進(jìn)行技術(shù)改造，增設(shè)監(jiān)控裝置和控制軟件等，以專門用于應(yīng)急培訓(xùn)和應(yīng)急演練，在國內(nèi)屬較早開展綜合性電梯應(yīng)急培訓(xùn)演練研究及應(yīng)用的。研究內(nèi)容緊密結(jié)合電梯常見事故現(xiàn)象及原因，并能實現(xiàn)直觀展現(xiàn)出多種故障現(xiàn)象。一方面，可為電梯維保、使用單位，以及公安消防等組織提供應(yīng)急演練的真實平臺，用于培訓(xùn)提高相關(guān)人員的應(yīng)急救援技能。另一方面，還可在對應(yīng)的故障情況下檢驗應(yīng)急預(yù)案的可行性、合理性等，從而有助于推動電梯應(yīng)急處置能力的整體提高。

1 系統(tǒng)控制原理及示意圖

由電腦操作平臺統(tǒng)一控制各種功能模式的演示。首先將現(xiàn)場的指令以數(shù)字信號的形式傳輸至數(shù)據(jù)采集部件（輸入信號卡），利用電梯監(jiān)控系統(tǒng)實施組態(tài)，對現(xiàn)場各種運行模式的控制信號傳輸至數(shù)據(jù)輸出卡，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集部件（輸出信號卡）將模擬信號送到電梯主板或者控制器，以對電梯相關(guān)器件實施控制功能，可直觀演示出電梯的各種不同故障現(xiàn)象。其中電梯數(shù)據(jù)采集部件的具體配置與電梯操作方式有關(guān)。整個控制系統(tǒng)示意圖如圖1。

圖1 控制系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)中采用了LonWorks 現(xiàn)場總線技術(shù)裝置，將用戶操作臺與電梯設(shè)備控制系統(tǒng)中的相關(guān)組件相互連接，以實現(xiàn)對電梯集中進(jìn)行監(jiān)控和管理，LonWorks 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡圖見圖2。在電梯關(guān)鍵部位安裝監(jiān)控系統(tǒng)，如：轎廂、安全鉗、限速器、門連鎖等，與LED 顯示屏連接后，可實時觀摩故障演示中電梯有關(guān)部件的動作變化過程，以及應(yīng)急培訓(xùn)演練中的具體細(xì)節(jié)。對于操作臺一側(cè)，則是通過組態(tài)軟件來實現(xiàn)，還可以通過組態(tài)編程實現(xiàn)其他功能，具有可擴展性。

圖2 LonWorks 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡圖

2 主要功能模式

為真實再現(xiàn)電梯典型事故的現(xiàn)場狀態(tài)，如停電后轎廂困人、門區(qū)剪切、蹲底、安全鉗意外動作，以及擠壓、踩踏事故等，乘客電梯、自動扶梯經(jīng)技術(shù)改造后可同時實現(xiàn)多種故障演示模式。操作演示界面局部示意圖見圖3。各種功能模式具體描述如下。

（1）電梯轎廂困人模式。可使電梯在正常運行中突然停止，進(jìn)而可實施電梯困人救援操作。

（2）安全鉗動作模式?？稍陔娞菸闯龠\行的情況下，使限速器聯(lián)動安全鉗動作并將轎廂迅速制停在導(dǎo)軌上，從而按照相應(yīng)安全操作規(guī)程救出被困人員，也可使參與者直觀感受了解電梯的安全保護系統(tǒng)。

圖3 操作界面局部示意圖

（3）失電找基層模式。電梯在下行中對選層不響應(yīng)，而是繼續(xù)運行至基層，待找到基層后才重新響應(yīng)所選樓層并退出該模式。

（4）門鎖短接演示模式。電梯會在門開啟的狀態(tài)下仍向上或向下運行，待平層后才能退出該模式。

（5）轎廂超載機械溜車體驗?zāi)Ｊ?。?dāng)給出的模擬信號超過額定載重量時，電梯保持開門停止運行狀態(tài)并發(fā)出超載報警聲；當(dāng)重量模擬信號繼續(xù)增加時，電梯會繼續(xù)下行至蹲底并撞擊緩沖器。

（6）自動扶梯急停演示模式。在扶梯正常向上或向下運行過程中，通過急停按鈕使其立即停止運行。

（7）自動扶梯逆轉(zhuǎn)演示模式。待放置重物的梯級運行至自動扶梯上部時，啟動逆轉(zhuǎn)演示模式，自動扶梯會由正常速度降至零速后立即反向運行，且在梯級上存在重量偏差的作用下運行速度逐漸加快。

3 技術(shù)改造方案及主要內(nèi)容

電梯具有多重機械及電氣保護裝置。通過對硬件及電氣控制部分的改造，使電梯既能正常使用，也能在受控狀態(tài)下直觀演示不同故障現(xiàn)象，并在實施應(yīng)急救援和應(yīng)急處置后能快速恢復(fù)至正常運行狀態(tài)。對電梯、自動扶梯的有關(guān)零部件進(jìn)行改造或更換，主要涉及到電梯機械安全保護系統(tǒng)。一方面需要拆除部分保護裝置，另一方面需特定制作部分電梯零部件。為實現(xiàn)乘客電梯安全鉗動作模式，需更換設(shè)備原有限速器及張緊輪，并配置相應(yīng)的電動裝置，使電梯在實際未超速的情況下仍能聯(lián)動限速器和安全鉗產(chǎn)生動作。為實現(xiàn)門鎖短接演示模式，需拆除防止電梯轎廂意外移動的保護裝置，并通過軟件提供門機到位信號。為實現(xiàn)自動扶梯逆轉(zhuǎn)演示模式，需切斷電機供電回路使主機剎車失效，提供制動器線圈供電，抱閘打開以實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)演示。其余故障或事故模式則主要通過利用組態(tài)軟件來進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，并采用LonWorks 現(xiàn)場總線技術(shù)將上位機與電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，以實現(xiàn)對多種典型事故狀態(tài)的直接模擬。

4 技術(shù)特色與創(chuàng)新性

乘客電梯、自動扶梯經(jīng)技術(shù)改造后能在安全、可控的前提條件下直觀模擬出其在現(xiàn)實中不可控的多種故障現(xiàn)象，并用于對特種設(shè)備領(lǐng)域相關(guān)作業(yè)人員進(jìn)行應(yīng)急技術(shù)培訓(xùn)、開展應(yīng)急演練等，以提高從業(yè)人員對事故的應(yīng)急處置能力。此外，還能面向社會公眾，用于宣傳普及電梯使用常識和事故知識，增強公眾的安全意識及正確應(yīng)對事故等。系統(tǒng)采用了LonWorks 現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)字化、開放性、互操作性及對現(xiàn)場設(shè)備的適應(yīng)性等優(yōu)勢，從而節(jié)省硬件數(shù)量與投資、安裝費用、維護開銷。利用監(jiān)控組態(tài)軟件實現(xiàn)與上位機的通訊操作，使系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控和強大的遠(yuǎn)程故障診斷能力，可具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)，方便了現(xiàn)場設(shè)備的更換和系統(tǒng)擴展，易于系統(tǒng)調(diào)整，為信息系統(tǒng)的構(gòu)建創(chuàng)造了條件。

5 結(jié)語

乘客電梯、自動扶梯經(jīng)技術(shù)改造后具備多種功能模式，可為電梯應(yīng)急培訓(xùn)演練與公共安全教育平臺提供堅實的技術(shù)保障。國家特種設(shè)備應(yīng)急培訓(xùn)演練基地（重慶）運營以來，已為市場監(jiān)管部門、電梯生產(chǎn)、維保、使用單位和其他企業(yè)等有關(guān)人員提供培訓(xùn)服務(wù)達(dá)一千人次以上，同時也已陸續(xù)接待社會公眾前來參觀體驗，并獲得了廣泛好評且取得了良好的社會效益。此外，該系統(tǒng)的運用與國家公共安全要求、基地的功能及發(fā)展定位等相契合，具有推廣應(yīng)用的廣闊前景，未來將在特種設(shè)備應(yīng)急培訓(xùn)演練領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)揮更積極的作用。