功能安全與電梯智能化主動(dòng)安全技術(shù)展望

張懷繼

【摘? 要】論文運(yùn)用功能安全技術(shù)，區(qū)分電梯基本安全和輔助安全概念，引入主動(dòng)安全理念，針對(duì)不同的安全風(fēng)險(xiǎn)對(duì)電梯安全措施實(shí)施分級(jí)管理，研究運(yùn)用和推廣物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)構(gòu)建智能化的電梯主動(dòng)安全系統(tǒng)，將極大地提升未來(lái)電梯的安全性、可靠性以及電梯人機(jī)交互友好性。

【Abstract】This paper uses functional safety technology to distinguish the concept of basic safety and auxiliary safety of elevator， introduces the active safety concept， and carries out hierarchical management of elevator safety measures according to different safety risks. This paper studies the application and promotion of internet of things， artificial intelligence， big data and other new technologies to build an intelligent active safety system of elevator， which will greatly improve the safety and reliability of elevator and the friendliness of elevator human-computer interaction in the future.

【關(guān)鍵詞】電梯;功能安全;智能化主動(dòng)安全

【Keywords】elevator; functional safety; intelligent active safety

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU857? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）08-0175-02

1 引言

電梯安全問(wèn)題日益成為我國(guó)社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)，在用電梯的安全狀況屢受社會(huì)輿論的質(zhì)疑。安全是將不可接受的風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制，安全風(fēng)險(xiǎn)是否符合社會(huì)公眾預(yù)期，安全水平是否能被公眾接受，是電梯安全責(zé)任的目標(biāo)。伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和公眾安全需求的提升，電梯安全理念需要更新，電梯安全狀況亟待改善。

經(jīng)過(guò)近150年的發(fā)展，現(xiàn)代電梯安全措施非常完善，世界各國(guó)電梯從業(yè)者也在持續(xù)提升電梯安全水平和電梯質(zhì)量。但由于社會(huì)發(fā)展水平不同和公眾需求差異，我國(guó)電梯安全現(xiàn)狀已經(jīng)不能滿(mǎn)足社會(huì)需求。由于電梯行業(yè)保守的安全理念，使得新技術(shù)的運(yùn)用處于相對(duì)落后的水平。

近年來(lái)，隨著IEC 61508《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，功能安全技術(shù)在核工業(yè)、過(guò)程控制領(lǐng)域和機(jī)械安全領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的發(fā)展，也為電梯安全理念的提升和智能技術(shù)的運(yùn)用奠定了基礎(chǔ)。

2 功能安全的基本概念

功能安全是指電氣/電子/可編程系統(tǒng)（E/E/PE）的安全相關(guān)系統(tǒng)自身的安全性問(wèn)題，功能安全是建立在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和可靠性理論之上，提出電氣/電子/可編程安全相關(guān)系統(tǒng)（E/E/PE）的全生命周期安全和安全完整性等級(jí)的概念，通過(guò)建立完整的體系和貫穿始終的安全評(píng)估，使得電氣/電子/可編程系統(tǒng)（E/E/PE）安全功能的安全性和可靠性得到保證。實(shí)施功能安全本質(zhì)上就是控制風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)是危險(xiǎn)事件發(fā)生的概率及其后果嚴(yán)重性的組合。實(shí)施功能安可以把安全問(wèn)題轉(zhuǎn)化為風(fēng)險(xiǎn)控制問(wèn)題，通過(guò)控制風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到要求的安全水平。

功能安全評(píng)估是對(duì)安全完整性等級(jí)要求實(shí)現(xiàn)的引導(dǎo)和評(píng)價(jià)。功能安全評(píng)估是系統(tǒng)性的工作，需要制定科學(xué)和標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)流程。電梯電氣安全裝置的評(píng)價(jià)流程：確認(rèn)安全功能和安全狀態(tài)目標(biāo)、技術(shù)文檔完整性、硬件目標(biāo)失效率和完整性結(jié)構(gòu)約束，確認(rèn)軟硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的通用措施，對(duì)相關(guān)SIL等級(jí)的特定措施的確認(rèn)。

功能安全評(píng)估過(guò)程中需要對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)開(kāi)展各種檢查和測(cè)試，確保每個(gè)步驟的正確性得到驗(yàn)證和確認(rèn)。功能安全測(cè)試是安全功能規(guī)范性、安全性和可靠性驗(yàn)證和確認(rèn)的重要手段，貫穿安全系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。功能安全測(cè)試包括安全功能測(cè)試、溫度環(huán)境和機(jī)械應(yīng)力測(cè)試、電磁兼容性測(cè)試等。

3 電梯電氣安全裝置的定義

GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》對(duì)電梯電氣安全裝置的定義為：當(dāng)附錄A（標(biāo)準(zhǔn)的附錄）給出的電氣安全裝置中的某一個(gè)動(dòng)作時(shí)，應(yīng)按規(guī)定防止電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)啟動(dòng)，或使其立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

電梯電氣安全裝置的實(shí)現(xiàn)經(jīng)歷三個(gè)階段：繼電器時(shí)代，由安全觸點(diǎn)、安全繼電器和接觸器組成;簡(jiǎn)單邏輯電子電路階段，由安全電路、安全繼電器和接觸器組成;可編程電子電路階段，由可編程電子安全電路、安全繼電器和接觸器組成。根據(jù)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方式，電梯電氣安全裝置有如下定義：電梯電氣安全裝置是指由安全觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)或安全電路組成的電氣安全保護(hù)措施，具有檢測(cè)和判斷危險(xiǎn)狀態(tài)的出現(xiàn)，發(fā)出限制運(yùn)行、防止啟動(dòng)或停機(jī)指令，避免機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)增加的安全功能。含有電子元件的安全電路（簡(jiǎn)單邏輯電子電路）是指含有電子元件的具有確定的失效模式的電氣和（或）電子安全相關(guān)系統(tǒng)。

可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)是指用于電梯、自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的電氣安全裝置，基于可編程電子裝置的用于控制、防護(hù)、檢測(cè)系統(tǒng)，包括系統(tǒng)中所有元素（例如，電源、傳感器和其他輸入裝置，數(shù)據(jù)高速公路和其他通信途徑，以及執(zhí)行器和其他輸出裝置）。用于電梯的可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)PESSRAL，用于自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)PESSRAE。

4 電梯智能化主動(dòng)安全技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和展望

現(xiàn)行電梯標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于電氣安全裝置的定義和要求，主要依賴(lài)于電氣和簡(jiǎn)單邏輯電子電路等傳統(tǒng)技術(shù)手段，雖然可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)已經(jīng)可以用于電梯電氣安全裝置，但對(duì)于電梯安全裝置和安全功能的需求沒(méi)有提升，僅僅采用可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)完成電氣繼電器和簡(jiǎn)單邏輯電子電路階段約定的電梯安全功能，這種簡(jiǎn)單的替代并不能夠本質(zhì)地提升電梯的安全性和可靠性，可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)功能的安全技術(shù)優(yōu)勢(shì)也沒(méi)有得到徹底發(fā)掘。

早在2003年，國(guó)家質(zhì)檢總局發(fā)布的《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》就將電梯困人2h以上列為一般特種設(shè)備事故，但現(xiàn)行電梯安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品將乘客被困視為是一種安全狀態(tài)，電梯安全理念并沒(méi)有將困人視為較重大的安全風(fēng)險(xiǎn)。乘客被困是安全狀態(tài)的理念導(dǎo)致現(xiàn)行電梯技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)中，電氣安全裝置和門(mén)鎖裝置一旦起作用，電梯將緊急停止運(yùn)行而進(jìn)入等待救援狀態(tài)。沒(méi)有授權(quán)人員的介入電梯不被允許恢復(fù)正常運(yùn)行。目前，電梯電氣安全裝置和門(mén)鎖裝置誤動(dòng)作是電梯困人的主要原因。智能化電氣安全裝置驗(yàn)證技術(shù)可以使電梯控制系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別電氣安全裝置和安全功能的真實(shí)狀態(tài)，而且可以根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的高低，采取控制電梯進(jìn)入不同安全級(jí)別的應(yīng)對(duì)方式，如記錄故障發(fā)出檢修指令，完成本次服務(wù)放出乘客待機(jī)，限制服務(wù)樓層或運(yùn)行速度，低速返回基站放客待機(jī)進(jìn)入安全狀態(tài)。

近年來(lái)，由于電梯制動(dòng)器故障所引起的轎廂意外移動(dòng)、沖頂和蹲底而導(dǎo)致的電梯乘客傷害事故呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，為了避免這類(lèi)事故發(fā)生，新增加了電梯“轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置”要求，增加了用于意外移動(dòng)保護(hù)裝置的冗余性工作制動(dòng)器自監(jiān)測(cè)的要求。制動(dòng)器的自監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)需要對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行采集、對(duì)比、分析和發(fā)出應(yīng)對(duì)指令，實(shí)現(xiàn)方式屬于可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的要求，而采用傳統(tǒng)的安全電路是幾乎不可能實(shí)現(xiàn)自監(jiān)測(cè)功能。增加前端監(jiān)測(cè)傳感器，利用可編程相關(guān)安全系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建新的制動(dòng)器等安全部件監(jiān)測(cè)功能是未來(lái)電梯關(guān)鍵安全部件主動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的必由之路。

老年人和未成年人往往成為電梯傷害事故的主角，電梯行業(yè)對(duì)這兩類(lèi)人群重視程度不夠，電梯安全技術(shù)要求和措施不足是造成傷害的深層次原因，僅提出監(jiān)護(hù)人協(xié)助乘坐電梯的要求，并沒(méi)有按照老年人和未成年人的生理和身體需求設(shè)置安全防護(hù)和保護(hù)裝置。近年來(lái)，電梯物聯(lián)網(wǎng)的普及推廣也僅僅是對(duì)采集的電梯故障狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行及時(shí)記錄和傳遞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全，無(wú)法直接參與電梯的安全控制而實(shí)際降低電梯故障和事故率。2020年1月，新冠病毒肆虐，電梯轎廂成為病毒傳播的高危場(chǎng)所，傳統(tǒng)技術(shù)下乘客操作電梯的方式為新冠肺炎預(yù)防帶來(lái)嚴(yán)重問(wèn)題。電梯遠(yuǎn)程預(yù)約，物聯(lián)網(wǎng)操作，人臉識(shí)別登記等技術(shù)迅速發(fā)展，但其安全性和規(guī)范性需要組織和引導(dǎo)，新技術(shù)的采用不能以犧牲電梯安全為代價(jià)。

目前，我國(guó)5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)快速發(fā)展，處于世界領(lǐng)先水平，但這些新技術(shù)在電梯領(lǐng)域的使用進(jìn)展緩慢。電梯行業(yè)對(duì)可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)技術(shù)的認(rèn)識(shí)和運(yùn)用不足，是制約新技術(shù)在電梯安全領(lǐng)域發(fā)展的主要問(wèn)題。

我國(guó)電梯制造業(yè)規(guī)模龐大，但距離電梯技術(shù)強(qiáng)國(guó)還有較大差距，一是國(guó)際知名品牌占有60%的市場(chǎng)份額;二是電梯安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等效采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有話(huà)語(yǔ)權(quán)。現(xiàn)代電梯安全技術(shù)和要求與我國(guó)公眾需求差距較大，由于相對(duì)保守的安全觀念，技術(shù)更新速度相對(duì)緩慢。安全理念創(chuàng)新和新技術(shù)的快速使用將極大提升我國(guó)電梯制造業(yè)水平，運(yùn)用功能安全技術(shù)，建立電梯智能化主動(dòng)安全的概念，推動(dòng)5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)在電梯安全領(lǐng)域的運(yùn)用，以技術(shù)創(chuàng)新為基礎(chǔ)提升未來(lái)電梯的安全性、可靠性和友好性。

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