编者按：层门是电梯的一道防止乘客等人员坠落井道的安全措施，而自动门锁是其安全的核心部件。设计的智能门锁能确保电梯在运行中对其实施动态监控。即电梯因门锁问题发生故障时，维修人员在家中可知哪台电梯中哪层站的门锁出问题啦！
一、前言
众所周知，电梯自动门锁的安全性及故障问题是一项世界性难点。它牵涉到老百姓的生命安全及财产地损失；对维保人员来说，工作时心有余悸，至今都没有完好地解决。此外，对于我国电梯制造业大国而言极不相称；也是我们工程技术人员亟待解决的窘境。同时，我们知晓，自动门锁属于电梯安全回路中一个重要的环节，主要参与电梯控制系统信息地传递及安全地确认，则应从当今物联网技术出发，利用人工智能技术展开对其控制系统的研究来处理此类问题。
二、自动门锁现状
对于曳引驱动式电梯来说，在众多安全部件中，自动门锁是排在第一位的。即电梯行业有句经典俗语: 电梯故障率60～70%出自门系统，而门系统在于自动门锁。也就是说电梯行业许多技术问题及安全事故则出自自动门锁部件。而自动门锁本身确实存在先天不足的问题。如门锁触点簧片较长，因预压力不大时，则接触时有外力易影响脱开；又如触点接触不到位易造成拉弧或短路现象；且调试不便。可见，电梯运行良好，与自动门锁配置及维护到位，具有重大的安全现实意义。
因此，在电梯行业中，有众多工程技术人员为解决此类问题上也下足了功夫。既考虑了自动门锁在设计及结构方面的严谨与可靠度，还做好了如下几个方面的工作与要求。
1）配件厂生产精心制作，加强检验力度；
2）安装公司在安装过程中严格要求，提出质量控制点；
3）维保公司每隔15天，对自动门锁进行检查或维修；
4）另有公司提出了一项监视想法。即用摄像头监视其轿厢停靠时的自动门锁动作状态；
5）某公司提出了一项专利。即在维修过程中，能识别安全回路中某层自动门锁坏了或有问题。
上述问题所采取地解决办法或措施，虽处理及完善了许多问题，降低了事件及事故地发生率。但却不能对自动门锁进行实时监控，也就是无法进行动态管理或及时处理。维保人员有时在电梯维修时，为方便检查及修理，将门锁回路短接，故易造成安全事故地发生；并相应增大电梯管理成本。由此，我国每年由于自动门锁等安全部件的各种原因，仍导致各类电梯故障及人身安全事故时有发生。下面来看一看摘录的几个相关案例：
1）事故案例：电梯门锁不牢坠人井道。
事故过程：
刘某靠给一些酒店送豆腐谋生。2000年7月21日上午10时，刘某和妻子为某市北海大厦送豆腐，刘某端着豆腐走到酒店一楼电梯旁，和往常一样放下豆腐去按电梯呼梯按钮，门未开，他于是本能地扒了一下层门，此时门开了，刘某不慎跌入地下室下面的底坑。妻子急忙呼救，酒店工作人员救出刘某，送往医院抢救，虽然保住了性命，但却落下终生残疾。
事故分析：
事发时电梯轿厢在3楼，刘某在一楼按呼梯按钮，由于轿厢未在1楼，不可能立即电动开门。唯一的一种可能是层门自动门锁未锁牢，刘某从外部扒开层门，导致刘某坠入井道。
经检查，该门锁的弹簧因固定它的螺栓松动而掉落，使层门锁在闭合状态，锁臂在自重作用下脱离锁钩，使该层门能够在外部用正常的力扒幵，这是事故的主要原因。
2）事故案例:乘客乘电梯误入电梯井道死亡。
事故过程：
2009年12月，哈尔滨某饭店，旅客孙某办理完住宿手续后，从一楼乘电梯到十九楼。当轿厢行至十楼，有两名旅客下电梯，于是孙某走出轿厢，给下电梯人员让道。当他再次返回电梯轿厢时，电梯却在开门状态下突然上升，致使孙某脚踩空，坠落到电梯井道底坑里，当场死亡。
事故分析：
电梯维修工在电梯使用时，违章检修。维修工在未通知电梯操作人员的情况下，将层门联锁接短，而在机房操作电梯，致使停在十楼的电梯轿厢在没有关门的状态下突然上升，使旅客坠入井道底坑死亡。
此次事故的发生属于违章作业，在电梯运行的同时不能进行检修。
3） 事故案例:门锁继电器人为按住，导致挤死一名乘客。
事故过程：
某电梯服务部电梯维修工潘某接到电梯故障报告，立即去现场维修，经检查，门锁继电器损坏，而潘某身边没有门锁继电器，便打电话回服务部，要求派人送门锁继电器过来。此时又值用梯高峰期，潘某为了不影响电梯运行，便在机房用了手动方法配合开关门继电器动作，按住门锁继电器。由于失误，轿门未关上而按上门锁继电器，导致电梯在开门情况下突然上行，当场挤死一名乘客。
事故分析：
维修人员在现场违章作业，故障未排除的电梯不能投入使用。因门锁继电器人为按住，关门安全回路失效，导致电梯在开门情况下突然上行，使一名乘客夹在层门与轿门之间挤压死亡。
4）事故案例:乘客醉酒踢门，两人跌入井道。
事故过程：
2020年5月5日傍晚，房主李某、伤者赵某、死者李某等四人在某饭店吃饭，期间，四人共计饮白酒四瓶半之后，房主李某、伤者赵某、死者李某三人乘坐电梯回到涿州市某小区房主李某的家中。此时电梯运行正常，有电梯轿厢内监控录像为证。李某醉酒后破坏电梯层门，导致自己及赵某坠入电梯井道造成的意外死亡事件。
事故分析：
警方在分析监控视频中见到被踹坏的电梯8楼层门，发现电梯上有死者李某的脚印，电梯上的脚印与死者李某当晚所穿鞋子的脚底花纹相同。 经调查认定：此事件系死者李某醉酒后撞坏电梯层门，导致自己及赵某坠入电梯井造成的意外事件。
三、门锁方案抉择
从上所述案例可知，电梯此类安全事故或事件的发生并非个案。所以，自动门锁等不仅牵涉到电梯的正常运营，而且关系到老百姓的安危。正如电梯专家说的那句话：对电梯安全的预防性设计是减少意外安全事故的最高效方案!下面先来了解一下，这位专家提出的一个与自动门锁相关联的具体方案：
1. 硬件设计
控制柜上要设计有明确的短接门联锁端子或接插件，最好是转接开关。关键是要保证短接门联锁只能在检修状态下有效。
2. 软件设计
智能检测是现代电梯设计的重要组成部分，也是检验设计水平的重要标志。根据以往的设计结合现场维修经验，从设计的角度讲，我个人认为应该对门联锁要分别检测轿门和层门。程序设计上要具有门锁跨接的检测功能：当正常状态下，开门或关门过程中，检测到门联锁有效，就可以判断为门联锁短接，立刻取消运行指令同时取消呼叫指令，给出故障代码。这样就能避免忘取消门锁跨接线，检修转正常后，开门走车，发生剪切事故。
对于电梯控制系统而言，我个人认为只要门锁处于短接状态，就不应能启动快车运行。
当电梯平层后再启动运行，只要厅门是开着的或厅门前次处于粘联（含短接）状态，电梯应不能正常启动。短接门锁不能启动快车的智能设计，是杜绝因短接门联锁导致的剪切事故的可行性预防措施。
从这段话中发现一个关键要点：即自动门锁在控制系统中，应采取智能化自动监测及操纵。
此外，在GB/T7588.1标准中摘录：5.3.5.3.1 层门在锁住位置和轿门在关闭位置时,所有层门及其门锁和轿门的机械强度应满足下列要求:
a) 能承受从门扇或门框的任一面垂直作用于任何位置且均匀地分布在5cm2 的圆形(或正方形)面积上的300N 的静力,并且:
1) 永久变形不大于1mm;
2) 弹性变形不大于15mm。
试验后,门的安全功能不受影响。
b) 能承受从层站方向垂直作用于层门门扇或门框上或者从轿厢内侧垂直作用于轿门门扇或门框上的任何位置,且均匀地分布在100cm2 的圆形(或正方形)面积上的1000N 的静力,而且没有影响功能和安全的明显的永久变形。
由此，结合上述事故案例4中乘客醉酒踢门，两人跌入井道的事件而来。但问题能否得到一劳永逸地地解决呢? 针对上述GB7588.1的相关内容及要求，依据我国国情，应增加对现场撞击人员给予实时提示或语音警告等措施。
随着物联网技术、AI技术及5G通讯等技术地不断涌现，以及相应传感器新技术及新工艺走向实用化，则为我们解决上述问题及要求提供了无限地可能。在电梯电气原理图中，自动门锁与其他安全电气开关一同串联在电气安全回路中。电梯在运行过程中，当某一个自动门锁或其他电气开关出现问题或动作时，则电动机失电，电梯停止运行。又因自动门锁在安全回路中有N个，则无法知晓，究竟哪一层自动门锁会出现问题或状况如何？当时是不得而知，只能由维修人员到现场逐一查验便知。这就是我们所面临需要解决的重大现实问题，以及本发明的理解和要点所在。
图1 161自动门锁总体结构示意图
四、结构及系统布局
下面依据图1，我们来分析一下图中自动门锁的基本结构及动作原理；并将上述各类问题应采取哪些方案或措施解决为妥。图1为某生产厂家制造的161自动门锁总体结构示意图。它由底座3、锁钩2、钩座1、压簧组件5、滚轮4及电气开关盒6（主要由一对动、静触点配对而成）等标准件组成。该自动门锁电气开关盒6与底座3组件分别安装在层门上坎组件与门滑板上（见图2所示）。而且，它具有制造、安装及维修技术要求或技术指标规定，此处不一一赘述。
门锁动作机理：电梯运行至某层站，当层门在关门过程中，自动门锁的锁钩钩入钩座达7mm时；此时，锁钩上动触点与电气开关盒上静触点在一定的预压力下两触点接触，使之压缩4mm及以上。同时，会同层门到位验证门电联锁开关后，电气信号传至控制系统（即微机板处理），电梯被启动上下运行。但电梯无论在正常运行中，还是电梯停止运营或维修过程中，都不能及时了解自动门锁的实时状况。正如案例1所存在的问题。即使立马认为自动门锁存在问题，也无法判断哪一层门锁出现故障。
图2 门锁与层门安装示意图
由此，我们应从两个方面着手解决上述问题：一是解决自动门锁如有问题或动作，驱动控制系统应第一时间获得指令或信号。即可判断那层门锁出现问题。另一个需要解决的是：通过什么方式将此信号传至驱动控制装置或加入物联网进行交互通信、逻辑运算及后续处理工作。
由上可知，本发明将依据所述机理及构想，在依据现有技术条件，通过智能型传感器技术及5G通信等相关技术下，旨在解决上述案例所发生的与提及的问题。
方案一：首先，为解决自动门锁本身存在地不足及动作时所处楼层问题。则在图1中电气开关盒6与锁钩2之间，加入一电气信号传送用压力位移传感器组件，详见图3所示。其动作原理为：当门锁在关门闭合时，锁钩5连同动触头6压在导电体1上。此时，动触头6用一定预压力P值压缩绝缘弹性体4，使导电体1的触头与导电体2触头结合而导通门锁回路。同时，发光二极管点亮，则验证门锁已闭合且动作可靠地完成。否则，门锁已坏或接触不好（无预定压力）。
此外，在限速器5回转主轴上配有其副编码器，选作为楼层位置信号发送装置，具体见图4所示电梯总成1所组成的示意图。当电梯安装调试时，可在电机自学习过程中，利用限速器5主轴8上安装有副编码器6，则将各楼层层门位置电气信号（数字）与每个相对应的智能门锁4中电气信号，通过控制器2的操作系统进入边缘计算（逻辑运算）编制成唯一识别码。最后通过电控操作系统存入虚拟主机7中；或存入通常的微机板处理器中。
进一步地来说，把电梯电气安全回路中，将各楼层的层门10上的智能门锁开关串联成一独立的安全回路，再与原安全回路并联而成为一新型（串联状）电气安全回路图。更进一步地将门锁开关串联成一独立的安全回路后，则由电梯可编程电子安全系统（即控制器2）进行逐一监测，以避免在安全回路中与相应门电联锁或轿门门锁引发误操作等问题。由此可知，当电梯运行时或到某一楼层开关门时，哪楼层门锁是否开启或本身损坏，则控制系统与故障显示就一目了然。
图3 门锁压力位移传感器示意图
第二方案：在电梯每一个楼层的外呼盒上（见图5所示）增加一个接线端子，并与该层门门锁电气开关连接，则有一个固定的楼层信号，也称之为故障信号。并与楼层平层感应器平层电气信号，两者组成一个作为该层唯一的身份识别码。即当楼层平层感应器发出的电气信号与该层故障信号同时存在时，则默认为正常。显然，当其它楼层位置出现该故障信号时，则判断为故障，可认为其楼层门锁电气开关坏了或被人为打开。
图4 电梯总成组成示意图
图5 外呼盒
此外，在方案一中，当某楼层出现有前、后两自动门锁时，则可在前门外呼盒上单独增加一个接线端子。同样，与该前门门锁电气开关连接，则有一个固定的楼层信号；再与该楼层层门位置电气信号（副编码器）与之相对应的自动门锁电气信号组成唯一识别码。由此，将此楼层出现有前、后两自动门锁的信号区别开来，形成唯一的主、副识别码。
进一步地来说，在图5外呼盒上增设一声光报警器，其动作原理详见图6所示。正如案例4所指的问题，当有人有意或无意撞击层门时，撞击门板声音超过一定阈值【或≥70dB（A）】时，通过声波传感器与控制模块，推动声光报警器动作，发出警示光线及声响，持续一定时间；并可选择语音定制。更进一步的在轿厢人机界面操作装置9上显示故障。由此，此方案在电梯安装调试时，通过电机自学习，使每一楼层的固定楼层信号或与平层感应器通过的电气信号作为唯一识别码，将此信息通过电控操作系统转换成数字信息存入虚拟主机7。或可存入通常的微机板处理器中。
综上所述方案一及二，当某一层自动门锁坏了或打开时，此唯一信号通过电梯控制器2电控操作系统（如鸿蒙操作系统）传至网络虚拟主机进行边缘计算（或逻辑运算）确定后，一方面传回操作系统，通过指令使电机失电或就近平层，且其楼层声光报警器动作，发
图6 报警器运行网络图
出警示光线及声响，持续一定时间；另一方面通过操作系统进入物联网交互系统，将此信号转化为语音或文字进入电梯远程监控平台及电梯内部警示系统。如轿厢操纵箱人机界面操作装置；或维修人员手机上。同时，本发明专利包含执行上述自动门锁等传感器在电梯使用过程中运行等软件程序。特强调一点，本发明运行程序主要利用当今5G（含地基增强型北斗系统）通讯技术，使电梯成为集群式物联网交互运行及生态监控管理。
五、系统构成优势
由上可知，本发明旨在通过以上一系列装置的增设以及相应运行程序的操作，使电梯自动门锁始终处于电梯在运行时可靠地监控，以确保乘客放心地使用。并使案例中相关问题出现时，使电梯自动进入安全保护及相应警示，以及电梯开门停止运行等状态。尤其，对电梯维修人员来说，方便地解决了两大难点：其一，电梯某层门锁故障后，维保人员到现场依据信息（或手机）直接到所在楼层进行维修及处置，而不需要短接层门门锁。其次，当电梯停电或故障困人时，救援人员或维保人员能知晓被困轿厢人员所在楼层，便于积极营救，并现场及时处理。
因此，本发明产品进一步完善了电梯自动门锁的功能及作用；另一方面以智能化的形式，解决与确保乘客等人员不至莽撞跌入井道等人身事故地发生；同时，使维保人员及管理工作量大大降低，棘手的问题变得轻而易举。可见，它不仅提升了电梯运行的可靠性，从而将其安全指数大大提高。其优势及特点主要有如下几点：
1）第一方案中自动门锁内部增加一智能型传感器，其结构简单且可靠。在现行技术下，成本不高，易于实施。
2） 第二方案，利用固有电路，既能在外呼板上显示其故障楼层，也能在轿厢内显示屏上显示其内容。还可在内外设备终端以声光警示。且其制造成本不高。
3）当电梯出现门锁故障时，维保人员能快捷、便利地处理与解决好。尤其是解决了维保人员现场需要短接门锁回路，易导致安全事故时而发生的问题。由此，我们解决与完善了一个困扰电梯行业多年的世界性难题与痛点。
4）当电梯停电或故障困人时，维修人员或救援人员能在第一时间内找到及解救被困轿厢人员。
5）因本功能通过5G通讯等软件自动联入电梯物联网远程生态监控终端。这样，既方便各级管理人员监管，又能第一时间得到救援人员或维修人员的积极响应及快捷处理。
6）此外，当自动门锁问题得到智能化处理或解决时，使电梯网联控制智能化才能进入电梯远程监控安全管理生态平台成为可能。只有这样，才能确保我国电梯总体安全事故率将至少再降五成以上。
六、产品专利说明
本产品于2021年8月向国家专利局提出申请，现已获得国家发明专利证书。其专利号为：202210110508.1。
吴哲 2024年11月于佛山
