電梯終端速度監測系統的應用和技術分析

齊英涵

摘要：電梯是建筑物中的垂直交通運輸工具，隨著城市的快速發展，高層、超高層建筑成為城市建設的主流，伴隨而來的是電梯運行速度越來越快，為降低電梯在建筑空間中的占有率（如底坑和頂層空間），減少投資成本，終端速度監測系統應運而生。

關鍵詞：電梯終端;監測系統;技術

1、終端速度監測系統的應用意義

所謂終端速度監測系統（Terminal Speed Monitoring System，簡稱TSMS），是指用于監測轎廂在井道中位置和速度（其中包括運行方向），檢測轎廂在井道終端（包括頂部和底部）減速情況，并且當檢測到轎廂駛向終端層站過程中不能正常減速，切斷主機和制動器供電，強制讓轎廂減速至緩沖器的最大設計沖擊速度。

2003年版本的電梯標準GB7588《電梯制造與安裝安全規范》中的規定電梯安全功能只能通過安全開關和安全電路實現，而新版本的GB7588和2018年頒布的GB/T35850《電梯、自動扶梯和自動人行道安全相關的可編程電子系統的應用》中明確了多個可以通過可編程電子系統實現電梯的安全功能，它可以代替需要撞弓碰觸的滾輪開關（換速開關、極限快關），也可以與普通耗能型緩沖器搭配組成減行程緩沖器。

1.1 換速開關、極限開關

對于速度不大于4m/s的電梯，轎廂位置通常是靠安裝在行程終端區域的換速開關（一級或多級換速）來監測，而速度則是靠安裝在曳引機中心軸或者限速器中心軸上的編碼器監測，通過轎廂位置相應的速度來判斷是否應該減速，或者是否超速，若超速，應立刻切斷主機、制動器供電，強制讓電梯制停。也有當電梯位置信息缺失，轎廂將碰撞上極限或者下極限進行“自學習”，尋找位置。

依靠換速開關或者極限開關來監測轎廂的位置，會因安裝質量或者轎廂擺動引起機械撞弓和滾輪之間有距離偏差，會使速度監測不精確導致換速或者超速不能及時發現，從而這種監測系統不適合用在速度過高的電梯上。

1.2 減行程緩沖器

根據GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》的10.4.3中規定，耗能型緩沖器的總行程應至少等于相應于115%額定速度的重力制停距離，即0.0674 V2（m），可以得出來緩沖器的壓縮行程和速度的平方成正比，也就是說電梯運行速度越高，緩沖行程就越長，從而底坑就越深。

根據GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規范》的5.7中可知道，當對重完全壓在其緩沖器上時，轎廂最小制導行程應為0.1+0.035V2（m），轎頂可以站人的最高面積的水平面與位于轎廂投影部分井道頂最低部件的水平面之間的自由垂直距離不小于1.0+0.035V2（m），統計數據見表1。

從表1可以看出來，隨著電梯額定運行速度的增大，緩沖器的壓縮行程、轎廂最小制導行程、轎頂可站人的垂直距離也越來越大，從而伴隨著底坑深度、頂部高度的加大，會增大建設難度和投資成本。另外，對于一些舊電梯的提速改造增加了改造難度。

根據1.1和1.2分析可以得出，在速度過高的電梯上使用終端速度檢測系統代替傳統機械式開關，以及和普通耗能型緩沖組成的減行程緩沖器都有實際應用意義。

2、終端速度監測系統構成

根據GB/T35850《電梯、自動扶梯和自動人行道安全相關的可編程電子系統的應用》中對安全功能完整性等級的要求，終端速度監測系統應符合SIL3的要求，同時，系統結構上必須擁有雙通道，能獨立完成安全功能，對于每個通道來說都分為三個子系統，其構成如圖1所示。

2.1 傳感器子系統

市場上常見的傳感器有增量式傳感器和絕對值傳感器兩種，其中增量式傳感器也就是傳統編碼器，將其裝在曳引機中心軸或者限速器中心軸上來檢測電梯運行速度;轎廂位置靠安裝在轎頂的非接觸式開關通過安裝在軌道上的隔磁板或磁條來檢測轎廂位置。增量式傳感器較常見，主要應用在運行速度不高的電梯上。

絕對值編碼器是通過碼盤或條形碼上的刻度來確定電梯的位置，現最常見的方式是通過安裝在轎頂上的傳感器采集貫穿整個井道的條形碼帶，通過讀取條形碼上的代碼信息來確定電梯的位置，再通過條碼上兩點間的距離和運行時間計算出電梯運行速度，也就是移動頻率。絕對值編碼器能實現電梯的實時監測功能，可以應用到任何速度的電梯上。

2.2 邏輯子系統

終端速度監控系統的邏輯子系統主要由兩個安全微控制單元（簡稱MCU）組成。每個MCU獨立采集信號來實時定位電梯位置和運行速度，并邏輯判斷減速是否有效，若無效，通過輸出子系統動作安全回路中的終端速度輸出開關，切斷曳引機電源和制動機電源。

2.3 最終元件子系統

終端速度監控系統的最終元件子系統是曳引機輸出接觸器和制動器。

3、終端速度監測系統功能

終端速度監測系統屬于電梯的安全保護系統的一部分，它具有：（1）能檢測電梯運行狀態（檢修或者正常運行）;（2）能監測靠近層站時，電梯運行速度是否為安全運行速度，特別是運行到兩端站時，運行速度能保證轎廂或者對重碰到緩沖器時的速度不大于緩沖器最大沖擊速度。

若上述功能不符合設定要求，則切斷曳引機電源和制動器電源，終端速度監控系統的功能框架圖如圖2所示。

電梯在整個運行過程中，當駛向端站方向并進入限速區域后，如果電梯速度超過限速曲線，則觸發電梯安全回路繼電器，切斷電梯電源和制動器電源，使電梯急停。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB7588-2003電梯制造與安裝安全規范[S].北京：中國標準出版社出版，2004.

（特種設備監督檢驗所，遼寧 鞍山 114000）