功能安全与电梯智能化主动安全技术展望

张怀继

【摘  要】论文运用功能安全技术，区分电梯基本安全和辅助安全概念，引入主动安全理念，针对不同的安全风险对电梯安全措施实施分级管理，研究运用和推广物联网、人工智能、大数据等新技术构建智能化的电梯主动安全系统，将极大地提升未来电梯的安全性、可靠性以及电梯人机交互友好性。

【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.

【关键词】电梯;功能安全;智能化主动安全

【Keywords】elevator; functional safety; intelligent active safety

【中图分类号】TU857                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）08-0175-02

1 引言

电梯安全问题日益成为我国社会各界关注的焦点，在用电梯的安全状况屡受社会舆论的质疑。安全是将不可接受的风险得到有效控制，安全风险是否符合社会公众预期，安全水平是否能被公众接受，是电梯安全责任的目标。伴随社会经济的发展和公众安全需求的提升，电梯安全理念需要更新，电梯安全状况亟待改善。

经过近150年的发展，现代电梯安全措施非常完善，世界各国电梯从业者也在持续提升电梯安全水平和电梯质量。但由于社会发展水平不同和公众需求差异，我国电梯安全现状已经不能满足社会需求。由于电梯行业保守的安全理念，使得新技术的运用处于相对落后的水平。

近年来，随着IEC 61508《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》系列标准的发布，功能安全技术在核工业、过程控制领域和机械安全领域有了长足的发展，也为电梯安全理念的提升和智能技术的运用奠定了基础。

2 功能安全的基本概念

功能安全是指电气/电子/可编程系统（E/E/PE）的安全相关系统自身的安全性问题，功能安全是建立在风险评估和可靠性理论之上，提出电气/电子/可编程安全相关系统（E/E/PE）的全生命周期安全和安全完整性等级的概念，通过建立完整的体系和贯穿始终的安全评估，使得电气/电子/可编程系统（E/E/PE）安全功能的安全性和可靠性得到保证。实施功能安全本质上就是控制风险，风险是危险事件发生的概率及其后果严重性的组合。实施功能安可以把安全问题转化为风险控制问题，通过控制风险，达到要求的安全水平。

功能安全评估是对安全完整性等级要求实现的引导和评价。功能安全评估是系统性的工作，需要制定科学和标准的评价流程。电梯电气安全装置的评价流程：确认安全功能和安全状态目标、技术文档完整性、硬件目标失效率和完整性结构约束，确认软硬件设计和实现的通用措施，对相关SIL等级的特定措施的确认。

功能安全评估过程中需要对关键环节开展各种检查和测试，确保每个步骤的正确性得到验证和确认。功能安全测试是安全功能规范性、安全性和可靠性验证和确认的重要手段，贯穿安全系统开发的全过程。功能安全测试包括安全功能测试、温度环境和机械应力测试、电磁兼容性测试等。

3 电梯电气安全装置的定义

GB 7588—2003《电梯制造与安装安全规范》对电梯电气安全装置的定义为：当附录A（标准的附录）给出的电气安全装置中的某一个动作时，应按规定防止电梯驱动主机启动，或使其立即停止运转。

电梯电气安全装置的实现经历三个阶段：继电器时代，由安全触点、安全继电器和接触器组成;简单逻辑电子电路阶段，由安全电路、安全继电器和接触器组成;可编程电子电路阶段，由可编程电子安全电路、安全继电器和接触器组成。根据实现的技术方式，电梯电气安全装置有如下定义：电梯电气安全装置是指由安全触点开关或安全电路组成的电气安全保护措施，具有检测和判断危险状态的出现，发出限制运行、防止启动或停机指令，避免机械风险增加的安全功能。含有电子元件的安全电路（简单逻辑电子电路）是指含有电子元件的具有確定的失效模式的电气和（或）电子安全相关系统。

可编程电子安全相关系统是指用于电梯、自动扶梯和自动人行道的电气安全装置，基于可编程电子装置的用于控制、防护、检测系统，包括系统中所有元素（例如，电源、传感器和其他输入装置，数据高速公路和其他通信途径，以及执行器和其他输出装置）。用于电梯的可编程电子安全相关系统简称PESSRAL，用于自动扶梯和自动人行道的可编程电子安全相关系统简称PESSRAE。

4 电梯智能化主动安全技术的实现和展望

现行电梯标准关于电气安全装置的定义和要求，主要依赖于电气和简单逻辑电子电路等传统技术手段，虽然可编程电子安全相关系统已经可以用于电梯电气安全装置，但对于电梯安全装置和安全功能的需求没有提升，仅仅采用可编程电子安全相关系统完成电气继电器和简单逻辑电子电路阶段约定的电梯安全功能，这种简单的替代并不能够本质地提升电梯的安全性和可靠性，可编程电子安全相关系统功能的安全技术优势也没有得到彻底发掘。

早在2003年，国家质检总局发布的《特种设备安全监察条例》就将电梯困人2h以上列为一般特种设备事故，但现行电梯安全技术标准和产品将乘客被困视为是一种安全状态，电梯安全理念并没有将困人视为较重大的安全风险。乘客被困是安全状态的理念导致现行电梯技术和标准中，电气安全装置和门锁装置一旦起作用，电梯将紧急停止运行而进入等待救援状态。没有授权人员的介入电梯不被允许恢复正常运行。目前，电梯电气安全装置和门锁装置误动作是电梯困人的主要原因。智能化电气安全装置验证技术可以使电梯控制系统自动识别电气安全装置和安全功能的真实状态，而且可以根据风险的高低，采取控制电梯进入不同安全级别的应对方式，如记录故障发出检修指令，完成本次服务放出乘客待机，限制服务楼层或运行速度，低速返回基站放客待机进入安全状态。

近年来，由于电梯制动器故障所引起的轿厢意外移动、冲顶和蹲底而导致的电梯乘客伤害事故呈现增加的趋势，为了避免这类事故发生，新增加了电梯“轿厢意外移动保护装置”要求，增加了用于意外移动保护装置的冗余性工作制动器自监测的要求。制动器的自监测功能实现需要对监测对象的状态进行采集、对比、分析和发出应对指令，实现方式属于可编程电子安全相关系统的要求，而采用传统的安全电路是几乎不可能实现自监测功能。增加前端监测传感器，利用可编程相关安全系统技术构建新的制动器等安全部件监测功能是未来电梯关键安全部件主动监测技术发展的必由之路。

老年人和未成年人往往成为电梯伤害事故的主角，电梯行业对这两类人群重视程度不够，电梯安全技术要求和措施不足是造成伤害的深层次原因，仅提出监护人协助乘坐电梯的要求，并没有按照老年人和未成年人的生理和身体需求设置安全防护和保护装置。近年来，电梯物联网的普及推广也仅仅是对采集的电梯故障状态信号进行及时记录和传递，无法实现主动安全，无法直接参与电梯的安全控制而实际降低电梯故障和事故率。2020年1月，新冠病毒肆虐，电梯轿厢成为病毒传播的高危场所，传统技术下乘客操作电梯的方式为新冠肺炎预防带来严重问题。电梯远程预约，物联网操作，人脸识别登记等技术迅速发展，但其安全性和规范性需要组织和引导，新技术的采用不能以牺牲电梯安全为代价。

目前，我国5G、物联网、人工智能、大数据等新技术快速发展，处于世界领先水平，但这些新技术在电梯领域的使用进展缓慢。电梯行业对可编程电子安全相关系统技术的认识和运用不足，是制约新技术在电梯安全领域发展的主要问题。

我国电梯制造业规模庞大，但距离电梯技术强国还有较大差距，一是国际知名品牌占有60%的市场份额;二是电梯安全技术标准等效采用欧洲标准，没有话语权。现代电梯安全技术和要求与我国公众需求差距较大，由于相对保守的安全观念，技术更新速度相对缓慢。安全理念创新和新技术的快速使用将极大提升我国电梯制造业水平，运用功能安全技术，建立电梯智能化主动安全的概念，推动5G、物联网、人工智能、大数据等新技术在电梯安全领域的运用，以技术创新为基础提升未来电梯的安全性、可靠性和友好性。

【参考文献】

【1】刘甲.电梯技术发展及其趋势[J].科技资讯，2013（03）：90.

【2】王心君，廖源，李晨艳，等.我国电梯技术及发展趋势分析[J].河南科技，2018（14）：137-139.

【3】张仲琳.现代电梯技术的发展与创新[J].科技與企业，2015（12）：197.