編者按：層門是電梯的一道防止乘客等人員墜落井道的安全措施，而自動門鎖是其安全的核心部件。設計的智能門鎖能確保電梯在運行中對其實施動態(tài)監(jiān)控。即電梯因門鎖問題發(fā)生故障時，維修人員在家中可知哪臺電梯中哪層站的門鎖出問題啦！

一、前言

眾所周知，電梯自動門鎖的安全性及故障問題是一項世界性難點。它牽涉到老百姓的生命安全及財產(chǎn)地損失；對維保人員來說，工作時心有余悸，至今都沒有完好地解決。此外，對于我國電梯制造業(yè)大國而言極不相稱；也是我們工程技術(shù)人員亟待解決的窘境。同時，我們知曉，自動門鎖屬于電梯安全回路中一個重要的環(huán)節(jié)，主要參與電梯控制系統(tǒng)信息地傳遞及安全地確認，則應從當今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)出發(fā)，利用人工智能技術(shù)展開對其控制系統(tǒng)的研究來處理此類問題。

二、自動門鎖現(xiàn)狀

對于曳引驅(qū)動式電梯來說，在眾多安全部件中，自動門鎖是排在第一位的。即電梯行業(yè)有句經(jīng)典俗語: 電梯故障率60～70%出自門系統(tǒng)，而門系統(tǒng)在于自動門鎖。也就是說電梯行業(yè)許多技術(shù)問題及安全事故則出自自動門鎖部件。而自動門鎖本身確實存在先天不足的問題。如門鎖觸點簧片較長，因預壓力不大時，則接觸時有外力易影響脫開；又如觸點接觸不到位易造成拉弧或短路現(xiàn)象；且調(diào)試不便。可見，電梯運行良好，與自動門鎖配置及維護到位，具有重大的安全現(xiàn)實意義。

因此，在電梯行業(yè)中，有眾多工程技術(shù)人員為解決此類問題上也下足了功夫。既考慮了自動門鎖在設計及結(jié)構(gòu)方面的嚴謹與可靠度，還做好了如下幾個方面的工作與要求。

1）配件廠生產(chǎn)精心制作，加強檢驗力度；

2）安裝公司在安裝過程中嚴格要求，提出質(zhì)量控制點；

3）維保公司每隔15天，對自動門鎖進行檢查或維修；

4）另有公司提出了一項監(jiān)視想法。即用攝像頭監(jiān)視其轎廂?？繒r的自動門鎖動作狀態(tài)；

5）某公司提出了一項專利。即在維修過程中，能識別安全回路中某層自動門鎖壞了或有問題。

上述問題所采取地解決辦法或措施，雖處理及完善了許多問題，降低了事件及事故地發(fā)生率。但卻不能對自動門鎖進行實時監(jiān)控，也就是無法進行動態(tài)管理或及時處理。維保人員有時在電梯維修時，為方便檢查及修理，將門鎖回路短接，故易造成安全事故地發(fā)生；并相應增大電梯管理成本。由此，我國每年由于自動門鎖等安全部件的各種原因，仍導致各類電梯故障及人身安全事故時有發(fā)生。下面來看一看摘錄的幾個相關案例：

1）事故案例：電梯門鎖不牢墜人井道。

事故過程：

劉某靠給一些酒店送豆腐謀生。2000年7月21日上午10時，劉某和妻子為某市北海大廈送豆腐，劉某端著豆腐走到酒店一樓電梯旁，和往常一樣放下豆腐去按電梯呼梯按鈕，門未開，他于是本能地扒了一下層門，此時門開了，劉某不慎跌入地下室下面的底坑。妻子急忙呼救，酒店工作人員救出劉某，送往醫(yī)院搶救，雖然保住了性命，但卻落下終生殘疾。

事故分析：

事發(fā)時電梯轎廂在3樓，劉某在一樓按呼梯按鈕，由于轎廂未在1樓，不可能立即電動開門。唯一的一種可能是層門自動門鎖未鎖牢，劉某從外部扒開層門，導致劉某墜入井道。

經(jīng)檢查，該門鎖的彈簧因固定它的螺栓松動而掉落，使層門鎖在閉合狀態(tài)，鎖臂在自重作用下脫離鎖鉤，使該層門能夠在外部用正常的力扒幵，這是事故的主要原因。

2）事故案例:乘客乘電梯誤入電梯井道死亡。

事故過程：

2009年12月，哈爾濱某飯店，旅客孫某辦理完住宿手續(xù)后，從一樓乘電梯到十九樓。當轎廂行至十樓，有兩名旅客下電梯，于是孫某走出轎廂，給下電梯人員讓道。當他再次返回電梯轎廂時，電梯卻在開門狀態(tài)下突然上升，致使孫某腳踩空，墜落到電梯井道底坑里，當場死亡。

事故分析：

電梯維修工在電梯使用時，違章檢修。維修工在未通知電梯操作人員的情況下，將層門聯(lián)鎖接短，而在機房操作電梯，致使停在十樓的電梯轎廂在沒有關門的狀態(tài)下突然上升，使旅客墜入井道底坑死亡。

此次事故的發(fā)生屬于違章作業(yè)，在電梯運行的同時不能進行檢修。

3） 事故案例:門鎖繼電器人為按住，導致擠死一名乘客。

事故過程：

某電梯服務部電梯維修工潘某接到電梯故障報告，立即去現(xiàn)場維修，經(jīng)檢查，門鎖繼電器損壞，而潘某身邊沒有門鎖繼電器，便打電話回服務部，要求派人送門鎖繼電器過來。此時又值用梯高峰期，潘某為了不影響電梯運行，便在機房用了手動方法配合開關門繼電器動作，按住門鎖繼電器。由于失誤，轎門未關上而按上門鎖繼電器，導致電梯在開門情況下突然上行，當場擠死一名乘客。

事故分析：

維修人員在現(xiàn)場違章作業(yè)，故障未排除的電梯不能投入使用。因門鎖繼電器人為按住，關門安全回路失效，導致電梯在開門情況下突然上行，使一名乘客夾在層門與轎門之間擠壓死亡。

4）事故案例:乘客醉酒踢門，兩人跌入井道。

事故過程：

2020年5月5日傍晚，房主李某、傷者趙某、死者李某等四人在某飯店吃飯，期間，四人共計飲白酒四瓶半之后，房主李某、傷者趙某、死者李某三人乘坐電梯回到涿州市某小區(qū)房主李某的家中。此時電梯運行正常，有電梯轎廂內(nèi)監(jiān)控錄像為證。李某醉酒后破壞電梯層門，導致自己及趙某墜入電梯井道造成的意外死亡事件。

事故分析：

警方在分析監(jiān)控視頻中見到被踹壞的電梯8樓層門，發(fā)現(xiàn)電梯上有死者李某的腳印，電梯上的腳印與死者李某當晚所穿鞋子的腳底花紋相同。 經(jīng)調(diào)查認定：此事件系死者李某醉酒后撞壞電梯層門，導致自己及趙某墜入電梯井造成的意外事件。

三、門鎖方案抉擇

從上所述案例可知，電梯此類安全事故或事件的發(fā)生并非個案。所以，自動門鎖等不僅牽涉到電梯的正常運營，而且關系到老百姓的安危。正如電梯專家說的那句話：對電梯安全的預防性設計是減少意外安全事故的最高效方案!下面先來了解一下，這位專家提出的一個與自動門鎖相關聯(lián)的具體方案：

1. 硬件設計

控制柜上要設計有明確的短接門聯(lián)鎖端子或接插件，最好是轉(zhuǎn)接開關。關鍵是要保證短接門聯(lián)鎖只能在檢修狀態(tài)下有效。

2. 軟件設計

智能檢測是現(xiàn)代電梯設計的重要組成部分，也是檢驗設計水平的重要標志。根據(jù)以往的設計結(jié)合現(xiàn)場維修經(jīng)驗，從設計的角度講，我個人認為應該對門聯(lián)鎖要分別檢測轎門和層門。程序設計上要具有門鎖跨接的檢測功能：當正常狀態(tài)下，開門或關門過程中，檢測到門聯(lián)鎖有效，就可以判斷為門聯(lián)鎖短接，立刻取消運行指令同時取消呼叫指令，給出故障代碼。這樣就能避免忘取消門鎖跨接線，檢修轉(zhuǎn)正常后，開門走車，發(fā)生剪切事故。

對于電梯控制系統(tǒng)而言，我個人認為只要門鎖處于短接狀態(tài)，就不應能啟動快車運行。

當電梯平層后再啟動運行，只要廳門是開著的或廳門前次處于粘聯(lián)（含短接）狀態(tài)，電梯應不能正常啟動。短接門鎖不能啟動快車的智能設計，是杜絕因短接門聯(lián)鎖導致的剪切事故的可行性預防措施。

從這段話中發(fā)現(xiàn)一個關鍵要點：即自動門鎖在控制系統(tǒng)中，應采取智能化自動監(jiān)測及操縱。

此外，在GB/T7588.1標準中摘錄：5.3.5.3.1 層門在鎖住位置和轎門在關閉位置時,所有層門及其門鎖和轎門的機械強度應滿足下列要求:

a) 能承受從門扇或門框的任一面垂直作用于任何位置且均勻地分布在5cm2 的圓形(或正方形)面積上的300N 的靜力,并且:

1) 永久變形不大于1mm;

2) 彈性變形不大于15mm。

試驗后,門的安全功能不受影響。

b) 能承受從層站方向垂直作用于層門門扇或門框上或者從轎廂內(nèi)側(cè)垂直作用于轎門門扇或門框上的任何位置,且均勻地分布在100cm2 的圓形(或正方形)面積上的1000N 的靜力,而且沒有影響功能和安全的明顯的永久變形。

由此，結(jié)合上述事故案例4中乘客醉酒踢門，兩人跌入井道的事件而來。但問題能否得到一勞永逸地地解決呢? 針對上述GB7588.1的相關內(nèi)容及要求，依據(jù)我國國情，應增加對現(xiàn)場撞擊人員給予實時提示或語音警告等措施。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、AI技術(shù)及5G通訊等技術(shù)地不斷涌現(xiàn)，以及相應傳感器新技術(shù)及新工藝走向?qū)嵱没?，則為我們解決上述問題及要求提供了無限地可能。在電梯電氣原理圖中，自動門鎖與其他安全電氣開關一同串聯(lián)在電氣安全回路中。電梯在運行過程中，當某一個自動門鎖或其他電氣開關出現(xiàn)問題或動作時，則電動機失電，電梯停止運行。又因自動門鎖在安全回路中有N個，則無法知曉，究竟哪一層自動門鎖會出現(xiàn)問題或狀況如何？當時是不得而知，只能由維修人員到現(xiàn)場逐一查驗便知。這就是我們所面臨需要解決的重大現(xiàn)實問題，以及本發(fā)明的理解和要點所在。

 

圖1 161自動門鎖總體結(jié)構(gòu)示意圖

四、結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)布局  

下面依據(jù)圖1，我們來分析一下圖中自動門鎖的基本結(jié)構(gòu)及動作原理；并將上述各類問題應采取哪些方案或措施解決為妥。圖1為某生產(chǎn)廠家制造的161自動門鎖總體結(jié)構(gòu)示意圖。它由底座3、鎖鉤2、鉤座1、壓簧組件5、滾輪4及電氣開關盒6（主要由一對動、靜觸點配對而成）等標準件組成。該自動門鎖電氣開關盒6與底座3組件分別安裝在層門上坎組件與門滑板上（見圖2所示）。而且，它具有制造、安裝及維修技術(shù)要求或技術(shù)指標規(guī)定，此處不一一贅述。

門鎖動作機理：電梯運行至某層站，當層門在關門過程中，自動門鎖的鎖鉤鉤入鉤座達7mm時；此時，鎖鉤上動觸點與電氣開關盒上靜觸點在一定的預壓力下兩觸點接觸，使之壓縮4mm及以上。同時，會同層門到位驗證門電聯(lián)鎖開關后，電氣信號傳至控制系統(tǒng)（即微機板處理），電梯被啟動上下運行。但電梯無論在正常運行中，還是電梯停止運營或維修過程中，都不能及時了解自動門鎖的實時狀況。正如案例1所存在的問題。即使立馬認為自動門鎖存在問題，也無法判斷哪一層門鎖出現(xiàn)故障。

圖2 門鎖與層門安裝示意圖

由此，我們應從兩個方面著手解決上述問題：一是解決自動門鎖如有問題或動作，驅(qū)動控制系統(tǒng)應第一時間獲得指令或信號。即可判斷那層門鎖出現(xiàn)問題。另一個需要解決的是：通過什么方式將此信號傳至驅(qū)動控制裝置或加入物聯(lián)網(wǎng)進行交互通信、邏輯運算及后續(xù)處理工作。                                          

由上可知，本發(fā)明將依據(jù)所述機理及構(gòu)想，在依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件，通過智能型傳感器技術(shù)及5G通信等相關技術(shù)下，旨在解決上述案例所發(fā)生的與提及的問題。

方案一：首先，為解決自動門鎖本身存在地不足及動作時所處樓層問題。則在圖1中電氣開關盒6與鎖鉤2之間，加入一電氣信號傳送用壓力位移傳感器組件，詳見圖3所示。其動作原理為：當門鎖在關門閉合時，鎖鉤5連同動觸頭6壓在導電體1上。此時，動觸頭6用一定預壓力P值壓縮絕緣彈性體4，使導電體1的觸頭與導電體2觸頭結(jié)合而導通門鎖回路。同時，發(fā)光二極管點亮，則驗證門鎖已閉合且動作可靠地完成。否則，門鎖已壞或接觸不好（無預定壓力）。

此外，在限速器5回轉(zhuǎn)主軸上配有其副編碼器，選作為樓層位置信號發(fā)送裝置，具體見圖4所示電梯總成1所組成的示意圖。當電梯安裝調(diào)試時，可在電機自學習過程中，利用限速器5主軸8上安裝有副編碼器6，則將各樓層層門位置電氣信號（數(shù)字）與每個相對應的智能門鎖4中電氣信號，通過控制器2的操作系統(tǒng)進入邊緣計算（邏輯運算）編制成唯一識別碼。最后通過電控操作系統(tǒng)存入虛擬主機7中；或存入通常的微機板處理器中。

進一步地來說，把電梯電氣安全回路中，將各樓層的層門10上的智能門鎖開關串聯(lián)成一獨立的安全回路，再與原安全回路并聯(lián)而成為一新型（串聯(lián)狀）電氣安全回路圖。更進一步地將門鎖開關串聯(lián)成一獨立的安全回路后，則由電梯可編程電子安全系統(tǒng)（即控制器2）進行逐一監(jiān)測，以避免在安全回路中與相應門電聯(lián)鎖或轎門門鎖引發(fā)誤操作等問題。由此可知，當電梯運行時或到某一樓層開關門時，哪樓層門鎖是否開啟或本身損壞，則控制系統(tǒng)與故障顯示就一目了然。

圖3  門鎖壓力位移傳感器示意圖

第二方案：在電梯每一個樓層的外呼盒上（見圖5所示）增加一個接線端子，并與該層門門鎖電氣開關連接，則有一個固定的樓層信號，也稱之為故障信號。并與樓層平層感應器平層電氣信號，兩者組成一個作為該層唯一的身份識別碼。即當樓層平層感應器發(fā)出的電氣信號與該層故障信號同時存在時，則默認為正常。顯然，當其它樓層位置出現(xiàn)該故障信號時，則判斷為故障，可認為其樓層門鎖電氣開關壞了或被人為打開。                                      

圖4  電梯總成組成示意圖

圖5 外呼盒

此外，在方案一中，當某樓層出現(xiàn)有前、后兩自動門鎖時，則可在前門外呼盒上單獨增加一個接線端子。同樣，與該前門門鎖電氣開關連接，則有一個固定的樓層信號；再與該樓層層門位置電氣信號（副編碼器）與之相對應的自動門鎖電氣信號組成唯一識別碼。由此，將此樓層出現(xiàn)有前、后兩自動門鎖的信號區(qū)別開來，形成唯一的主、副識別碼。

進一步地來說，在圖5外呼盒上增設一聲光報警器，其動作原理詳見圖6所示。正如案例4所指的問題，當有人有意或無意撞擊層門時，撞擊門板聲音超過一定閾值【或≥70dB（A）】時，通過聲波傳感器與控制模塊，推動聲光報警器動作，發(fā)出警示光線及聲響，持續(xù)一定時間；并可選擇語音定制。更進一步的在轎廂人機界面操作裝置9上顯示故障。由此，此方案在電梯安裝調(diào)試時，通過電機自學習，使每一樓層的固定樓層信號或與平層感應器通過的電氣信號作為唯一識別碼，將此信息通過電控操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息存入虛擬主機7?；蚩纱嫒胪ǔ５奈C板處理器中。

綜上所述方案一及二，當某一層自動門鎖壞了或打開時，此唯一信號通過電梯控制器2電控操作系統(tǒng)（如鴻蒙操作系統(tǒng)）傳至網(wǎng)絡虛擬主機進行邊緣計算（或邏輯運算）確定后，一方面?zhèn)骰夭僮飨到y(tǒng)，通過指令使電機失電或就近平層，且其樓層聲光報警器動作，發(fā)

圖6 報警器運行網(wǎng)絡圖

出警示光線及聲響，持續(xù)一定時間；另一方面通過操作系統(tǒng)進入物聯(lián)網(wǎng)交互系統(tǒng)，將此信號轉(zhuǎn)化為語音或文字進入電梯遠程監(jiān)控平臺及電梯內(nèi)部警示系統(tǒng)。如轎廂操縱箱人機界面操作裝置；或維修人員手機上。同時，本發(fā)明專利包含執(zhí)行上述自動門鎖等傳感器在電梯使用過程中運行等軟件程序。特強調(diào)一點，本發(fā)明運行程序主要利用當今5G（含地基增強型北斗系統(tǒng)）通訊技術(shù)，使電梯成為集群式物聯(lián)網(wǎng)交互運行及生態(tài)監(jiān)控管理。                                               

五、系統(tǒng)構(gòu)成優(yōu)勢

由上可知，本發(fā)明旨在通過以上一系列裝置的增設以及相應運行程序的操作，使電梯自動門鎖始終處于電梯在運行時可靠地監(jiān)控，以確保乘客放心地使用。并使案例中相關問題出現(xiàn)時，使電梯自動進入安全保護及相應警示，以及電梯開門停止運行等狀態(tài)。尤其，對電梯維修人員來說，方便地解決了兩大難點：其一，電梯某層門鎖故障后，維保人員到現(xiàn)場依據(jù)信息（或手機）直接到所在樓層進行維修及處置，而不需要短接層門門鎖。其次，當電梯停電或故障困人時，救援人員或維保人員能知曉被困轎廂人員所在樓層，便于積極營救，并現(xiàn)場及時處理。

因此，本發(fā)明產(chǎn)品進一步完善了電梯自動門鎖的功能及作用；另一方面以智能化的形式，解決與確保乘客等人員不至莽撞跌入井道等人身事故地發(fā)生；同時，使維保人員及管理工作量大大降低，棘手的問題變得輕而易舉。可見，它不僅提升了電梯運行的可靠性，從而將其安全指數(shù)大大提高。其優(yōu)勢及特點主要有如下幾點：

1）第一方案中自動門鎖內(nèi)部增加一智能型傳感器，其結(jié)構(gòu)簡單且可靠。在現(xiàn)行技術(shù)下，成本不高，易于實施。

2） 第二方案，利用固有電路，既能在外呼板上顯示其故障樓層，也能在轎廂內(nèi)顯示屏上顯示其內(nèi)容。還可在內(nèi)外設備終端以聲光警示。且其制造成本不高。

3）當電梯出現(xiàn)門鎖故障時，維保人員能快捷、便利地處理與解決好。尤其是解決了維保人員現(xiàn)場需要短接門鎖回路，易導致安全事故時而發(fā)生的問題。由此，我們解決與完善了一個困擾電梯行業(yè)多年的世界性難題與痛點。

4）當電梯停電或故障困人時，維修人員或救援人員能在第一時間內(nèi)找到及解救被困轎廂人員。

5）因本功能通過5G通訊等軟件自動聯(lián)入電梯物聯(lián)網(wǎng)遠程生態(tài)監(jiān)控終端。這樣，既方便各級管理人員監(jiān)管，又能第一時間得到救援人員或維修人員的積極響應及快捷處理。

6）此外，當自動門鎖問題得到智能化處理或解決時，使電梯網(wǎng)聯(lián)控制智能化才能進入電梯遠程監(jiān)控安全管理生態(tài)平臺成為可能。只有這樣，才能確保我國電梯總體安全事故率將至少再降五成以上。

六、產(chǎn)品專利說明

本產(chǎn)品于2021年8月向國家專利局提出申請，現(xiàn)已獲得國家發(fā)明專利證書。其專利號為：202210110508.1。

吳哲 2024年11月于佛山