电梯终端速度监测系统的应用和技术分析

齐英涵

摘要：电梯是建筑物中的垂直交通运输工具，随着城市的快速发展，高层、超高层建筑成为城市建设的主流，伴随而来的是电梯运行速度越来越快，为降低电梯在建筑空间中的占有率（如底坑和顶层空间），减少投资成本，终端速度监测系统应运而生。

关键词：电梯终端;监测系统;技术

1、终端速度监测系统的应用意义

所谓终端速度监测系统（Terminal Speed Monitoring System，简称TSMS），是指用于监测轿厢在井道中位置和速度（其中包括运行方向），检测轿厢在井道终端（包括顶部和底部）减速情况，并且当检测到轿厢驶向终端层站过程中不能正常减速，切断主机和制动器供电，强制让轿厢减速至缓冲器的最大设计冲击速度。

2003年版本的电梯标准GB7588《电梯制造与安装安全规范》中的规定电梯安全功能只能通过安全开关和安全电路实现，而新版本的GB7588和2018年颁布的GB/T35850《电梯、自动扶梯和自动人行道安全相关的可编程电子系统的应用》中明确了多个可以通过可编程电子系统实现电梯的安全功能，它可以代替需要撞弓碰触的滚轮开关（换速开关、极限快关），也可以与普通耗能型缓冲器搭配组成减行程缓冲器。

1.1 换速开关、极限开关

对于速度不大于4m/s的电梯，轿厢位置通常是靠安装在行程终端区域的换速开关（一级或多级换速）来监测，而速度则是靠安装在曳引机中心轴或者限速器中心轴上的编码器监测，通过轿厢位置相应的速度来判断是否应该减速，或者是否超速，若超速，应立刻切断主机、制动器供电，强制让电梯制停。也有当电梯位置信息缺失，轿厢将碰撞上极限或者下极限进行“自学习”，寻找位置。

依靠换速开关或者极限开关来监测轿厢的位置，会因安装质量或者轿厢摆动引起机械撞弓和滚轮之间有距离偏差，会使速度监测不精确导致换速或者超速不能及时发现，从而这种监测系统不适合用在速度过高的电梯上。

1.2 减行程缓冲器

根据GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》的10.4.3中规定，耗能型缓冲器的总行程应至少等于相应于115%额定速度的重力制停距离，即0.0674 V2（m），可以得出来缓冲器的压缩行程和速度的平方成正比，也就是说电梯运行速度越高，缓冲行程就越长，从而底坑就越深。

根据GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》的5.7中可知道，当对重完全压在其缓冲器上时，轿厢最小制导行程应为0.1+0.035V2（m），轿顶可以站人的最高面积的水平面与位于轿厢投影部分井道顶最低部件的水平面之间的自由垂直距离不小于1.0+0.035V2（m），统计数据见表1。

从表1可以看出来，随着电梯额定运行速度的增大，缓冲器的压缩行程、轿厢最小制导行程、轿顶可站人的垂直距离也越来越大，从而伴随着底坑深度、顶部高度的加大，会增大建设难度和投资成本。另外，对于一些旧电梯的提速改造增加了改造难度。

根据1.1和1.2分析可以得出，在速度过高的电梯上使用终端速度检测系统代替传统机械式开关，以及和普通耗能型缓冲组成的减行程缓冲器都有实际应用意义。

2、終端速度监测系统构成

根据GB/T35850《电梯、自动扶梯和自动人行道安全相关的可编程电子系统的应用》中对安全功能完整性等级的要求，终端速度监测系统应符合SIL3的要求，同时，系统结构上必须拥有双通道，能独立完成安全功能，对于每个通道来说都分为三个子系统，其构成如图1所示。

2.1 传感器子系统

市场上常见的传感器有增量式传感器和绝对值传感器两种，其中增量式传感器也就是传统编码器，将其装在曳引机中心轴或者限速器中心轴上来检测电梯运行速度;轿厢位置靠安装在轿顶的非接触式开关通过安装在轨道上的隔磁板或磁条来检测轿厢位置。增量式传感器较常见，主要应用在运行速度不高的电梯上。

绝对值编码器是通过码盘或条形码上的刻度来确定电梯的位置，现最常见的方式是通过安装在轿顶上的传感器采集贯穿整个井道的条形码带，通过读取条形码上的代码信息来确定电梯的位置，再通过条码上两点间的距离和运行时间计算出电梯运行速度，也就是移动频率。绝对值编码器能实现电梯的实时监测功能，可以应用到任何速度的电梯上。

2.2 逻辑子系统

终端速度监控系统的逻辑子系统主要由两个安全微控制单元（简称MCU）组成。每个MCU独立采集信号来实时定位电梯位置和运行速度，并逻辑判断减速是否有效，若无效，通过输出子系统动作安全回路中的终端速度输出开关，切断曳引机电源和制动机电源。

2.3 最终元件子系统

终端速度监控系统的最终元件子系统是曳引机输出接触器和制动器。

3、终端速度监测系统功能

终端速度监测系统属于电梯的安全保护系统的一部分，它具有：（1）能检测电梯运行状态（检修或者正常运行）;（2）能监测靠近层站时，电梯运行速度是否为安全运行速度，特别是运行到两端站时，运行速度能保证轿厢或者对重碰到缓冲器时的速度不大于缓冲器最大冲击速度。

若上述功能不符合设定要求，则切断曳引机电源和制动器电源，终端速度监控系统的功能框架图如图2所示。

电梯在整个运行过程中，当驶向端站方向并进入限速区域后，如果电梯速度超过限速曲线，则触发电梯安全回路继电器，切断电梯电源和制动器电源，使电梯急停。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB7588-2003电梯制造与安装安全规范[S].北京：中国标准出版社出版，2004.

（特种设备监督检验所，辽宁 鞍山 114000）