自動扶梯和自動人行道網聯安全監控系統 —— 智能電梯產品系統化介紹（八）

　　編者按：本發明在于完善了自動扶梯和自動人行道功能及作用；另一方面以人工智能方法，解決與確保乘客等人員在乘梯過程中不同工況下，防止或化解人身安全事故及設備損傷等事件地發生。因本發明通過5G等通訊軟件自動聯入電梯物聯網遠程監控終端，既方便各級管理人員監管，又能第一時間得到救援人員或維修人員的響應及處理，使其工作量大大降低。而關鍵一點在于當扶梯安全問題得到智能化處理或解決時，網聯進入電梯遠程安全生態監控平臺將成為必然。

　　一、 問題地提出

　　扶梯附加制動器要求設置在城市軌道、火車站、 機場、公交車站等人流量密集場所使用的公共交通型自動扶梯上，是高負荷運載設備一個十分重要的安全部件。其主要作用在工作制動器失效、扶梯逆轉、超速的緊急情況下（特別是高負荷下）能夠動作，起到減速制停扶梯的作用。它是扼守自動扶梯或自動人行道失控下溜的最后一道“關卡”。

　　制動器是自動扶梯的一個重要部件，當主制動器不能有效的將扶梯制停時，扶梯將會產生逆轉而導致溜車，從而造成對乘客的傷害。正如下所述：

　　2010年12月14日，深圳地鐵國貿站的一臺自動扶梯由于固定主機的螺栓斷裂，致使主機移位而導致驅動鏈脫落，上行過程中的梯級反向下滑造成十幾人在自動扶梯的下入口處踩踏致使3人受傷。由于驅動鏈的脫離使主制動器失去了對梯級的動力控制，在此情況下，附加制動器的動作是否可靠對事故后果將起到決定性的作用，此事故正是由于附加制動器沒能有效作用，從而造成了事故的發生。

　　另一點，某年某特種設備檢測院在現場監督檢驗中發現，公共交通型自動扶梯附加制動器有載制停一項不合格率較高，一次性通過率較低，需要制造單位作相應調整或整改才能符合要求。所以，對此次公共交通型扶梯附加制動器的失效原因進行案例分析，以引起制造、安裝、維保單位的重視，加強對附加制動器的設計改進、安裝及維修調整，確保附加制動器的可靠性。

　　眾所周知，至目前為止，電梯擁有量已達1100萬臺之眾。此外，自動扶梯和自動人行道在公共交通領域中，其擁有量占電梯擁有量近一半的比重。由此，發生在我國國內扶梯危及乘客的身體損傷或生命的安全事故時有發生。且所述案例及此類安全隱患不在個別。至于，在安全管理及維保方面情況，此處不再逐一贅述。

　　二、方案地抉擇

　　自動扶梯上可編程電子安全功能控制器具備其超速、逆轉、梯級缺失保護裝置等，其為符合安全標準GB16899-2011及GB/T20438中規定的SIL2等級的功能安全裝置；具備扶手帶欠速保護及抱閘釋放監控裝置，符合其標準中規定SIL1等級的功能安全裝置。其系統配置的安全功能：

　　1. 超速1.2倍保護：監控扶梯速度超過名義速度1.2倍時，斷開1.2倍安全繼電器，以切斷扶梯的工作制動器、安全回路及控制電路的電源，使其立即停止運行。

　　2. 超速1.4倍保護：監控扶梯在速度超過名義速度1.4倍時，同時斷開1.2倍安全繼電器和1.4倍安全繼電器，以切斷扶梯的工作制動器、附加制動器、安全回路及控制電路的電源，使其立即停止運行。

　　3. 逆轉保護：監控扶梯或傾斜式人行道（α≥ 6°）在其運行方向與規定的運行方向不相符合時，斷開1.2倍安全繼電器和1.4倍安全繼電器，以切斷扶梯的工作制動器、附加制動器、安全回路及控制電路的電源，使其立即停止運行。

　　4. 梯級缺失保護：在扶梯驅動站或轉向站安裝檢測梯級缺失的檢測裝置，一旦檢測到有梯級缺失，斷開1.2倍安全繼電器，以切斷扶梯的工作制動器、附加制動器、安全回路及控制電路的電源，使扶梯在缺口（由梯級缺失而導致的）從梳齒板位置出現之前停止。（檢修狀態時此功能無效）

　　5. 扶手帶欠速保護：監控扶梯的扶手帶速度，在其速度低于梯級速度的15%名義速度時，斷開1.2倍安全繼電器，以切斷扶梯的工作制動器、安全回路及控制電路的電源，使其立即停止運行。（檢修狀態時此功能無效）

　　6. 抱閘釋放監控：扶梯啟動后，制動系統未釋放，扶梯無法啟動；監控扶梯運行時，在其抱閘指令與抱閘反饋邏輯不一致時，斷開1.2倍安全繼電器，以切斷扶梯的工作制動器、安全回路及控制電路的電源，使其立即停止運行。（檢修狀態時此功能無效）

　　7. 制停距離檢測：

　　如果制停距離超過所規定最大值的1.2倍，立即停車，在故障鎖定被復位之后才能重新啟動。檢修人員在故障復位前應對制動系統進行檢查、采取糾正與預防措施。

　　為滿足以上要求，需要有能夠監控扶梯速度及運行方向、扶手帶速度、梯級缺失、制動距離、抱閘釋放狀態的傳感器子系統；判斷上述安全功能，如計算扶梯運行速度及判斷指令方向和運行方向是否一致的邏輯判斷子系統；能夠使扶梯在故障情況下停止并保持在安全狀態下的輸出子系統。因此將安全系統分成傳感器、邏輯和執行器共三個子系統，以滿足安全標準的功能要求。此類系統的關鍵點在于確保其功能可靠地執行，但問題并非完善及解決，僅停留在標準的要求上。

　　既有這么多的問題與隱患，又有上面提及的安全保障措施。為什么企業工程技術人員不采取措施或想辦法來加以預防或執行呢?。那么，這個回答是肯定的。不僅在政府層面上，不斷修改與完善相關標準及要求；加強安全宣傳與監督檢測。而且，對于企業工程技術人員依據相關技術進步，不斷升級或加強安全防護與自我檢測等措施。如強化扶梯加裝可編程電子安全保護系統（即PE系統）安全運行裝置及附件制動器功能檢測等。因此，我們如何能更好地落實其安全技術配套設計與安全監控管理工作，為確保乘客的運行安全，特提出其具體癥結及問題所在。

　　1. 因扶梯正常運行制停減速度控制在0.2-1.0gn之間，且實質上只能在空載運行下測試及確認，有時其減速度預留過大。則在實際運行過程因故突然停梯時，制停減速度過大，易造成乘客跌倒受傷的事件發生。

　　2. 現大多數扶梯的附加制動器設置的位置都比較隱蔽，不方便維保。而且部份廠家采用的附加制動器在扶梯運行和停止時又不參與動作。所以，附加制動器在扶梯維保過程中常常易被疏忽而沒有進行保養。

　　3. 另一方面許多電梯維保人員對附加制動器的工作原理和維保方法不甚了解，沒能掌握正確的技能，使附加制動器無法維保到位。

　　4. 如在某次現場監督檢驗中，發現一批次公共交通型扶梯附加制動器有載制停一項不合格率較高，一次性通過率較低，需要制造單位作相應調整或整改才能符合要求。顯然，其可靠度太低，不符合安全要求。

　　5. 有些扶梯制造單位，對其附加制動器有載制停僅停留在型式試驗階段，而不做安裝后的功能檢驗。還有一些單位交梯時，做完一次功能檢驗后，此后也不做其可靠性測試及相應維保，而埋下不能有效制停的安全隱患。

　　6. 此外，目前國家標準對于電子安全功能控制器具備的超速1.4倍保護與制停距離檢測項目，只有檢測等裝置，而沒有展開驗收后現場附件制動器如何進行定期的功能檢驗等規定。且其制停距離也沒有規定具體數值，僅作出其減速度要求。

　　綜上所述，扶梯的現場運行中無論是工作制動器，還是附件制動器存在諸多工作狀況及本身設計或制造存在的不足，我們應依據當前物聯網技術、AI技術及5G（或地基增強型北斗系統）通訊等先進的實用性技術，著力解決上述多項技術問題與現實中的應用痛點。除了針對我國國情，在技術、監管及檢測標準方面逐步完善與修訂外，我們務必且加快采取如下辦法或措施來綜合解決上述各種問題。

　　三、結構與原理                              

　　GB16899-2011自動扶梯和自動人行道標準規定了設置工作制動器與附加制動器的條件與要求，其條件與要求摘錄如下：

　　5.4.2  制動器

　　5.4.2.1  工作制動器

　　5.4.1.1.1  通則

　　5.4.2.1.1.1  自動扶梯和自動人行道應設置一個制動系統，該制動系統使自動扶梯和自動人行道有一個接近勻減速的制停過程直至停機，并使其保持停止狀態（工作制動），見5.12.1.2.4.制動系統在使用過程中應無故意延遲，

　　如果制停距離超過5.4.2.1.3.2和5.4.2.1.3.4所規定最大的1.2倍，自動扶梯和自動人行道應在故障鎖定被復位之后才能重新啟動（見表6的0）。如果有必要，在手動復位前應對制動系統進行檢查、采取糾正措施（見7.4.1e）。

　　自動扶梯和自動人行道啟動后，應有一個裝置（見表6的1）檢查制動系統的釋放。

　　5.4.2.1.1.2  制動系統在下列情況下應能自動工作：

　　a）  動力電源失電；

　　b）  控制電路失電。

　　5.4.2.2  附加制動器

　　5.4.2.2.1  在下列任何一種情況下，自動扶梯和傾斜式自動人行道應設置一個或多個附加制動器：

　　a）  工作制動器（見5.4.2.1）與梯級、踏板或膠帶驅動裝置之間不是用軸、齒輪、多排鏈條或多根單排鏈條連接的；

　　b）  工作制動器不是符合5.4.2.1.2規定的機—電式制動器；

　　c）  提升高度h13大于6m（見H.2）

　　附加制動器與梯級、踏板或膠帶驅動裝置之間應用軸、齒輪、多排鏈條或多根單排鏈條連接。不允許采用摩擦傳動元件（例如：離合器）構成的連接。

　　5.4.2.2.2  附加制動器應能使具有制動載荷向下運行的自動扶梯和自動人行道有效地減速停止，并使其保持靜止狀態。減速度不應超過1m/s²。

　　附加制動器動作時，不必保證對工作制動器所要求的制停距離（見5.4.2.1.3）。

　　5.4.2.2.3   附加制動器應為機械式的（利用摩擦原理）。

　　5.4.2.2.4   附加制動器在下列任何一種情況下都應起作用：

　　a） 在速度超過名義速度1.4倍之前；

　　b） 在梯級、踏板或膠帶改變其規定運行方向時。

　　附加制動器在動作開始時應強制地切斷控制電路。

　　5.4.2.2.5  如果電源發生故障或安全回路失電，允許附加制動器和工作制動器同時動作，此時制停條件應符合5.4.2.1.3.2和5.4.2.1.3.4的規定。否則，附加制動器和工作制動器只允許在5.4.2.2.4規定的情況下同步動作。

　　由上摘錄可知，本發明將依據所述扶梯制動器運行機理及整機相關安全隱患，結合其可編程電子安全系統的要求，利用物聯網技術、AI技術及5G通信等新技術，著力和落實解決上述提及的制動器可靠度及諸多安全監管問題。

　　總體方案在現自動扶梯整機架構下，扶梯內部（機房回轉側）裝設一安全系統自動檢測和監控裝置。它既替代可編程電子安全系統監測功能，又具備制動器定期自動測試功能；而運行與測試控制以物聯網分布式布置，在5G或北斗系統通訊方式進行自動數字化系統操作。此外，在運行系統設備終端上以智能技術嵌入式平臺展開交互式管理與監控。顯然，扶梯在運營中制動距離自動檢測和安全運行監控系統的設置為本發明的中心思想及要點。

　　下示圖1為自動扶梯與之配套的扶梯安全系統監測和控制示意圖。它主要由自動扶梯總成、網聯安全監測系統控制器6、編碼器7及虛擬主機等組成；而控制器6主要有智能傳感器、電路板（含芯片操作系統）及軟件等構成。其編碼器7裝設在主驅動4主軸上。

　　  圖1 扶梯安全系統監測和控制示意圖

　　根據上述配置及網聯控制器6功能要求，其扶梯安全系統監測和控制運作機理描述如下：

　　方案一：

　　1. 扶梯超速1.2倍的保護：即將工作制動器的制動距離及其近似勻減速度等數值均通過編碼器7及控制器6操作系統進入虛擬主機存儲與對比。在工作制動器的制動過程中，當與虛擬主機存儲的數字模型進行對比，當識別系統顯示為非正常，則操作系統下達停梯指令；或給整機發出維修指令及信息；或顯示扶梯停止運行待修。

　　2. 工作制動器的制動距離依據標準，即自動扶梯或自動人行道制動載荷確定表中數據，在整機功能檢驗時，建立其數字模型（數據），并存入虛擬主機。而將其制動過程中勻減速度數值確定在0.6～0.8gn之間，一并建立其數字模型，存入虛擬主機。同時，在此狀態下再做空載下行自動模擬測試方法；并將其數據建立其數字模型，一道存入虛擬主機，作為此后動作比較標準值。

　　3. 當工作制動器制動距離及減速度數值，建立其自動模擬測試的數字模型后，寫入定期整機功能自動測試的日期，并存入虛擬主機。其定期自動模擬測試的時間根據扶梯使用狀況而定。一般納入24小時或半月與年度等保養時間。當每次自動模擬測試時，識別系統顯示為非正常，則操作系統下達停梯指令；或給整機發出維修指令及信息；或顯示扶梯停止運行待修。另每次自動模擬測試時，建議維保人員在場安排自測試與維修。

　　4. 如果工作制動器制停在制動載荷確定表中條件，當減速度超過所規定最大值（0.8gn）的1.2倍時，應立即停車，在故障鎖定被復位之后才能重新啟動。檢修人員在故障復位前應對其制動系統進行檢查及維修，并采取糾正措施。

　　方案二：

　　1. 超速1.4倍保護：即將附加制動器的制動距離及其近似勻減速度等數值均通過編碼器7及控制器6操作系統進入虛擬主機存儲與對比。在附加制動器的制動過程中，當與虛擬主機存儲的數字模型進行對比，當識別系統顯示為非正常，則操作系統下達給整機停梯指令；或給整機發出維修指令及信息；或顯示扶梯停止運行待修。

　　2. 附加制動器的制動距離依據標準，即自動扶梯或自動人行道制動載荷確定表中數據，在整機功能檢驗時，建立其數字模型（數據），并存入虛擬主機。而將其制動過程中勻減速度數值確定在0.6～0.8gn之間。并建立其數字模型，存入虛擬主機。同時，在此狀態下再做空載下行自動模擬測試方法；并將其數據建立其數字模型，一道存入虛擬主機，作為此后動作比較標準值。

　　3. 當附加制動器制動距離及減速度數值，建立其自動模擬測試的數字模型后，寫入定期整機功能自動測試的日期，并存入虛擬主機。其定期自動模擬測試的時間根據扶梯使用狀況而定。一般納入半月或年度等保養時間。當每次自動模擬測試時，識別系統顯示為非正常，則操作系統下達停梯指令；或給整機發出維修指令及信息；或顯示扶梯停止運行待修。另每次自動模擬測試時，建議維保人員在場安排自測試與維修。

　　4. 如果附加制動器制停在制動載荷確定表中條件，當減速度超過所規定最大值（0.8gn）的1.2倍，應立即停車，在故障鎖定被復位之后才能重新啟動。檢修人員在故障復位前應對其制動系統進行檢查及維修，并采取糾正預防措施。

　　方案三：

　　1. 對于扶梯上述電子安全功能控制器中逆轉保護、梯級缺失保護、扶手帶欠速保護及抱閘釋放監控等功能，通過其自身電子器件和編碼器7等電性連接，與控制器6操作系統一并進入虛擬主機存儲與對比。在扶梯運營過程中，與虛擬主機存儲的各類數據進行對比，當識別系統顯示為非正常時，則操作系統下達停梯指令；或給整機發出維修指令及信息；或顯示扶梯停止運行待修等警示操作。

　　2. 除了上述四項功能外，還可將扶梯其它類似安全方面功能納入本發明系統中一并監控。如本公司申報的《一種自動扶梯和自動人行道安全運行監控裝置和監控方法》要求和內容及操作方法應無縫接入本安全監控系統平臺。

　　方案四：

　　利用北斗陸基增強型系統對梯級運行時與編碼器7等，展開對其水平段或傾斜段掃描定位及相關數據的錄入及存儲；并定期自動完成空載下行減速度監測程序。即在某一沒有乘客乘梯的時段，啟動進入工作制動器與附加制動器自動測試功能，使扶梯進入正常運行狀態，分兩種方式測試空載下行加速度數值是否符合規定值（0.6～0.8gn），并確認。如不符合，則扶梯進入待檢修狀態。并以文字方式指示；若符合，存儲數據并轉入正常運行。且進入定期功能自動檢測程序。若對比存儲數據為不符合時，則操作系統下達停梯指令；或給整機發出維修指令及信息；或顯示扶梯停止運行待修。

　　上述方案四說明兩點：一是分兩種方式測試是指工作制動器單獨制動測試其減速度；另指工作制動器與附加制動器同時制動測試其減速度。二是被測試的各加速度值應是不同的。正常停梯，加速度值應偏小；當人被夾或已倒下，應緊急停梯，其加速度值應偏大。

　　方案五：

　　上述方案一至方案四運營程序與方法，納入自動扶梯和自動人行道網聯安全自動監控和檢測系統控制器。其思路與配置詳見圖2所示。即可通過扶梯本發明輸出端及接口，接入電梯遠程安全生態監控系統平臺或第三方電梯檢驗檢測系統平臺上。

　　圖2 扶梯控制器網絡圖

　　本發明專利包含執行上述自動扶梯和自動人行道網聯安全監測控制器6時，扶梯等相關安全部件的使用、檢驗檢測及監管過程中運行的軟件程序。另說明一點，本發明運營程序等主要利用當今5G（或地基增強型北斗系統）通訊技術和人工智能技術，使自動扶梯和自動人行道成為集群分布式物聯網交互運行及遠程安全生態平臺監管。

　　四、要點與總結

　　綜上可知，本發明在于進一步完善了自動扶梯和自動人行道的功能及作用；另一方面以人工智能的方法，解決與確保乘客等人員在乘梯過程中不同工況下，防止或化解人身安全事故及設備損傷等事件地發生。同時，將電梯維保人員、監管人員及第三方檢驗人員工作量大大降低，從而使棘手問題變得輕而易舉。

　　因此，本發明不僅大大地提升了自動扶梯和自動人行道運行地可靠性，從而其乘客乘梯安全風險大大降低。又因本發明通過5G等通訊軟件自動聯入電梯物聯網遠程監控終端。這樣，既方便各級管理人員監管，又能第一時間得到救援人員或維修人員的響應及處理。而關鍵一點在于當扶梯安全問題得到智能化處理或解決時，網聯進入電梯遠程監控安全管理生態平臺將成為必然。只有這樣，才能確保我國自動扶梯等安全事故率至少下降九成。盡管企業技術與管理成本有所增加，但社會管理成本顯著下降，使社會效益大幅度提高，而國民生活幸福指數也同步提升。

　　五、產品專利說明

　　本產品于2021年12月向國家專利局提出申請，現已獲得國家發明專利證書。其專利號為：202210163317.1。

　　

　　和眾電梯系統技術研究團隊

　　2024年12月8日整理于佛山