1 引言
电梯行业是制造业的主要组成部分之一，在社会生活中具有一定的刚性需求。随着电梯行业进一步迈入成熟期，以及中国地产行业增速放缓，在微增长市场环境中， 电梯企业须加大研发力度，把握行业发展的趋势，保持持续的创新，从而实现企业的可持续发展。电梯公司只有以较低的成本,良好的服务,高品质的产品才能在竞争中脱颖而出。电梯未来的发展趋势仍然以绿色环保、智能化、更安全、性价比更高为主。电梯整梯和部件企业纷纷在集成化、精简化方向投入精力研发，最大程度上提高电梯系统的性价比。本文从电梯控制系统部分入手，以随行电缆降芯为目标，从电气、硬件、软件上保证在降芯的基础上， 实现与不降芯之前等价的稳定、可靠及安全。
2 随行电缆降芯方案
本系统通讯部分主要包含4大部分，外呼显示部分、电梯主控部分、轿顶控制部分及轿厢控制部分。机房与轿厢之间通过随行电缆进行连接，如图1所示。本随行电缆降芯系统电气上主要调整图1中的随行电缆、轿顶控制部分及电梯主控系统部分。常规的电梯随行电缆的芯线构成如表1所示(各个电梯厂家的设计略有区别，核心信号基本一致)，按配套同步电机和单通门情况，总共需29芯线。
从表1的统计分析，轿顶检修、平层信号可以通过通讯的方式传给控制系统，原始输入信号可先进入轿顶控制板;轿顶36VAC照明可省略;五方对讲的0V与系统的DC
图 1 系统结构示意图
0V可共用;安全回路的设计上可通过调整门锁顺序减少芯线数;单独的一组DC 24V和DC 0V可省略。经过调整之后的随行电缆芯数统计如图表2所示。从表2的统计分析，优化之后的随行电缆芯数降低到18芯，相比常规的随行电缆配置节约了11芯，从节约成本的角度，建筑高度越高，节约的成本越多。
表 1 常规电梯随行电缆芯线组成表(同步机且单通门配置)
表 2 优化电梯随行电缆芯线组成表(同步机且单通门配置)
3 系统设计
3.1 硬件设计
3.1.1 轿顶检修走通讯设计
轿顶检修、轿顶检修上行、轿顶检修下行皆接入轿顶控制板，轿顶控制板通过总线通讯传输至电梯主控系统，通过电气回路上设计成轿顶检修运行的优先级高于控制柜紧急电动运行，另外从安全角度考虑，当轿顶检修动作时，电梯安全回路断开，通过轿顶检修共通按钮接通安全回路，确保轿顶人员操作的安全。
3.1.2 井道平层信号走通讯设计
轿顶的上平层信号、下平层信号接入轿顶控制板， 轿顶控制板通过总线传输至电梯主控系统。提前开门和开门再平层用的上门区和下门区信号走随行电缆到控制柜， 一段进电梯主控板，用于井道自学习定位用，一段进再平层电路板，用于检测门区信号，为提前开门和再平层运行提供位置参考。值得注意的是，进入主控板的门区信号和进入再平层板的门区信号需通过二极管进行隔离，防止由于提前开门板的继电器延时，导致信号从线圈传入主板， 导致信号误判或导致主板误报故障。
3.1.3 安全回路顺序调整
为较少随行电缆中安全回路的芯数，本系统调整了安全回路的顺序，将轿厢相关的安全回路开关尽量放到安全回路的末端，如轿顶检修信号、轿顶急停信号，使其靠近骄门锁。同时调整门锁顺序，以单通门为例，按先骄门后厅门的顺序，从而能较少厅门回路下行线缆1芯。门锁顺序的调整需重点注意门锁短接检测的时序。
3.2 软件实现
3.2.1 轿顶CAN通讯异常检测机制
采样降芯方案后，因为轿顶检修走通讯方式，而通讯可能受到干扰，为了增加可用性同时保证安全，电气上，将轿顶检修回路串入安全回路，轿顶检修时，只有按下运行按钮，安全回路才会导通，从而防止通讯干扰。
从理论分析以及目前实际应用来看，现场人员操作时存在对安全回路的不规范处理，在安装阶段(无脚手架)，经常出现整体短接安全回路的现象，从而导致上述轿顶检修断安全回路的保护措施失效，如果运行过程中通讯受到干扰而中断，而不能更新停止信号，从而导致危险。
针对通讯异常问题，软件上采用的检测机制为：当检修运行时，对于轿顶检修信号持续T1秒无通讯则停车，停车时序按照减速曲线执行，不同时撤销全部输出， 避免溜车，停车后报故障保护，从而防止在安全回路被不规范短接后，轿顶检修信号由于通讯异常导致轿顶检修运行可能失控的问题。
3.2.2 安全回路短接检测机制
按照系统电气的设计要求，安全回路是可以分段短接，使得轿顶的检修断安全回路仍然有效的。但实际操作中，安装阶段短接整个安全回路的现象仍然存在，为解决这个问题，设计的思路是只要能使得现场短接整个安全回路后，电梯不能运行，那么也能达到安全要求。
具体的安全回路短接检测机制为：当在轿顶检修状态时接收到轿顶检修信号但是没有接收到轿顶检修上行和轿顶检修下行，持续检测到安全回路通超过T2秒(首次轿顶检修运行需要安全回路上升沿触发才能检修运行)， 认为短接了安全回路，则电梯主控系统进入故障保护，该故障在检修下自保持，转自动或者安全回路断开时下恢复，机房紧急电动有效时不判断此故障。考虑到实际操作易用性，电梯主板增加参数用于控制是否关闭掉这个检测，默认开通。开通和关闭安全回路短接检测功能都需要凭借超级权限执行，该权限由授权人员责维护。
3.2.3 轿顶检修上下行粘连检测机制
考虑到由于轿顶板的IO口存在损坏可能，导致一直发送轿顶检修和上行或者下行信号，现场安装阶段，只要机房紧急电动运行按下，使得安全回路导通，电梯就会上行或下行。因此需要增加轿顶检修上下行开关粘连检测机制。
具体检测机制为：当轿顶检修上升沿触发之后在T3 毫米内，轿顶上行或者上行持续动作(超过T3毫秒之后不检测)，则判断方向信号发生粘连故障，该故障在轿顶检修下自保，主控系统同时记录故障，并在人机交互单元上提示此异常，检测到方向粘连后电梯禁止检修启动。当轿顶检修上行且下行都持续无输入T4秒(考虑可能存在轿顶方向信号先于轿顶检修信号动作),或者电梯转自动则也可以复位该故障，值得注意的是，轿顶检修上下行粘连时在检修模式下禁止关门。
3.2.4 停电应急救援运行中开关异常检测处理机制
电梯停电应急平层时，需要检测轿顶的平层信号， 正常情况下，当应急平层到上平层开关动作且下平层开关动作且上门区开关动作且下门区开关动作时且本楼层电梯允许开门时，电梯停止运行，之后系统输出开门指令，使被乘客离开轿厢，之后退出应急救援模式。但本降芯系统中，轿顶的上平层信号和下平层信号都是走通讯传输至主控系统，若在电梯停电应急平层运行过程中，总线通讯异常，导致电梯主控系统无法正确接收到轿顶的平层信号， 甚至一直无法接收到轿顶平层信号，此时停电应急平层运行无法找到平层和门区都有效的楼层，很有可能造成停电应急装置电池电量用完，电梯急停在中间楼层，或者电梯出现冲顶和墩底的不良后果。
本系统设计了停电应急救援运行平层开关异常检测机制，电梯停电应急平层过程中，当上门区开关动作且下门区开关动作时，记录当前的编码器位置，并开始检测总线通讯超时，继续运行(插板长度 – 门区开关距离)/2 – 20mm的距离(插板长度和门区开关距离参考电梯井道自学习时的编码器数据)，若总线通讯超时， 则结束本次应急平层运行，停车后，输出开门，此时的电梯门不一定能打开，因大部分电梯系统的开关门指令也同样采样总线通讯传输至轿顶控制板，进而控制门机开关门。若总线通讯不超时，则按正常的运行曲线停靠至上下平层都有效且上下门区都有效的位置停车。另外考虑到停电应急平层停车时，平层光电可能会由于钢丝绳形变、抱闸延时、钢丝绳打滑等原因造成一个平层开关信号脱离的现象，针对这一问题，本系统采用：当停车时，当符合上下门区开关都动作且至少一个平层开关动作时，即可停车开门放人，由于平层开关离对应侧插板的边沿距离大概只有10mm左右，乘客出轿厢基本不受地坎高度差的影响，相反，若按常规的运行逻辑，当停车之后检测到一个平层开关不动作继续执行应急运行时，则将多运行至少一个楼层的距离，考虑到电梯配套的停电应急救援装置容量相对较紧凑，很有可能在本次运行中出现电池容量不足而急停的现象。
4 结束语
电梯市场的趋于饱和性使得整机成本问题更加突出，本文从电梯控制系统角度出发，瞄准随行电缆的降芯可行性，设计的降芯方案从常规的29芯减少为18芯，大幅度降低随行电缆的成本，尤其在高层建筑中性价比优势更加突出。本文从降芯系统方案入手，从电气设计上阐述降芯系统与常规随行电缆方案的区别，重点分析了降芯系统的软件保护机制，从通讯超时、安全回路短接检测、轿顶检修上下行开关粘连保护、停电应急平层运行中开关失效保护等角度详细设计并实现安全保护机制，在电梯行业有一定的推广价值。
