【高速电梯工程方案x】

智能型高速电梯

及其关键技术研发与应用项目总体方案

GVK1600/8.0-HK-ZF

深圳联盟电梯系统技术研究院

2016年8月

目录

项目背景

项目概况

项目内容摘要

3.1 基于移动互联网架构下大数据处理电梯控制系统的研发与

应用（又名：智能网联电梯控制系统的研发与应用）

3.2. 高速电梯优化配置及轿厢在高速运行下的防振与降噪结构

设计

3.3. 在高速运行下多功能人机界面限速器部件的配置研发与应

用

3.4. 在高速运行下组合耗能式安全钳部件的配置研发与应用；

3.5. 防撞型电梯厅门上坎导槽式传动部件的配置设计与应用；

3.6. 高速电梯曳引机曳引能力可靠性的研发及结构设计。

智能型高速电梯

及其关键技术研发与应用项目总体方案

一、 项目背景

2015 年以来，电梯市场需求不振，价格持续走低，市场将逐步告别增量驱动的发展模式， 产能过剩和服务能力供给不足的矛盾更加突出。主动调整产业结构和产品结构，改变发展方式，创新驱动发展已成为电梯行业的共识与企业的自觉行动。

　正如友友天宇系统技术有限公司首席执行官姚宏宇先生所说，未来 5-10 年，是中国发展自主核心体系的最好时机。

其次，中国电梯行业在 30 年的时间里，民族工业企业已经走完

了从产品到技术的引进、 仿制到自主设计的全过程。

　从电梯产品的设

计主导向以安全管理为主体的服务方式转变。 到目前为止， 除了部分

电梯零部件外，国内中、低速电梯产品均为仿制品，近几年电梯行业

有势力的几家电梯厂家开始研制或仿制高速或超高速电梯。 但我国中

小民族工业企业在电梯产品上很少有自己的知识产权。 尽管我国成为

电梯制造第一，而收益低得可怜；此外，我们还在为别人背书。 自主

研发必须在核心技术上实现创新突破， 决不能一味山寨模仿， 或者简

单修修改改。不可否认，还有一些领域不是在“创芯”，而是在“创

形”，核心技术掌握不了，只好在外围绕圈子，山寨、模仿，甚至改

个标签、换个包装，看似面貌一新，实则“内芯”依旧。有人统计，

不管仿造什么东西， 只能达到原性能的 80%，剩下 20%很难实现。“跟

跑”永远慢人一步，只有“齐跑”甚至“领跑”才能占据主动。电梯

的核心技术从来等不来、 要不来，必须走自主创新发展路子和 政、产、学、研融合发展路子。在关键领域和卡脖子的地方下功夫，加强原始

创新、集成创新和引进消化吸收再创新，不断取得基础性、前瞻性、原创性的重大成果。

同时，电梯行业除了外资企业外， 大量中小电梯企业科技资源的配置匮乏且极不合理。

　因此，国内中小电梯企业不可能具有高附加值的产品。我们应顺势而为，利用当前大数据、云计算、人工智能等领域的新技术不断涌现， 颠覆了原有的技术体系， 这为中国电梯带来极

好地发展机遇。

　应积极与民资、行业及政府协同配合， 建立对政、产、学、研转化有便利作用的产业创新联盟。

　正如专家所说：“以往的体系是外国人先建起来的，我们只能在其体系内发展，限制比较大，现

在既有的体系正处于打碎、重组的过程中，这是抓住机遇的关键阶段”。所以，举全国之力 有效联合各地院校、科研机构、行业组织及企业的人力、物力等不可缺的有效资源， 将国内中小电梯企业组织起来，形成集成式创新联盟，系统性地开发、解决或攻克电梯产品及服务中实用性课题与具有自主知识产权的关键性技术难点及要点。

二、 项目概况

本项目为“智能型高速电梯及其关键技术研发与应用项目” ，依据国家《中国制造 2025》与《十三五》规划的精神及要求，针对上述提出的观点与问题， 结合当前电梯行业、 科研院校和中小企业项目的研究方向、现状及已提及的相关电梯重大科研课题， 特提出本项目具体思路与高速电梯产品总体配套设计方案。

本项目为一典型的电梯系统技术研发工程，它既涵盖了以光电、

机械及信息等多学科技术领域的综合性课题， 又为项目的系统性、 可

行性与可靠性提供了各方资源的有效配置。 本项目主体开发为 “基于

移动互联网架构下智能化高速电梯的研发与应用” ，以下简称为：智

能网联高速电梯。下面就其主要研发内容以多个分项目课题题目分列

如下：

基于移动互联网架构下大数据处理电梯控制系统研发与应用（也称之为：智能网联电梯控制系统的研发与应用）；

高速电梯优化配置及轿厢在高速运行下的防振与降噪结构设

计；

在高速运行下多功能人机界面限速器部件的配置研发与应用；

在高速运行下组合耗能式安全钳部件的配置研发与应用；

防撞型电梯厅门上坎导槽式传动部件的配置设计与应用；

高速电梯曳引机曳引能力可靠性的研发及结构设计。

综上所述，本项目确切地说， 它既是一种在 4～8m/s 高速运行下

的多功能人机界面智能网联控制乘客电梯， 又是一种在电梯核心技术下的综合性系统配套工程。

　上述各分项目课题及内容既是本电梯产品

的关键技术；又是整机部分配套零部件。可见，各分项目的组合使其产品具有系统性、严谨性与实用性。

因本项目内容广， 且具有前所未有的深度， 则配套研发单位及研究人员遍及全国各地。

　因此，我们应在项目运作前遵循集成式创新模式，落实如下几项工作。先建立本项目组织机构，确定其主次及合作单位和各分项目等安排。

　其次，以组织单位建设一个 CRP网络信息平台，为各单位及研发人员在此平台上进行本项目研发、设计、生产、试验与试运行等相关工作的信息交流或往来工作。

　最后应考虑本项目的复杂性，前后研发周期长的特点。

　可将各分项目分成各合作单位来逐一链接完成。具体在项目进度与安排中详尽考虑。

此外，本项目前期方案研发工作已开展一年有余，陆续完成部分研究工作。可见，本项目研发、设计、生产、试验与试运行工作结束之时，它将拥有八、九项自主知识产权的高端电梯产品及专利，部分项目现已有或正在陆续申报国家专利技术。

三、项目内容摘要

为确保本项目的完成及顺利实施， 在各科研单位与个人有效资源的配合下，便于系统地组织、分工与协调，则将其各个分项目课题题目的内容与要求作出简要介绍， 立项后具体由各个分项目课题组长负责编写及组织人员开展工作。

（1） 基于移动互联网架构下大数据处理电梯控制系统的研发与应用（又名智能网联电梯控制系统的研发与应用）

目的与意义

电梯得益于国家大规模的经济建设，过去 10 年来电梯行业保持了高速增长，年均增长率超过了 20%。随着社会经济的长足发展 , 在用电梯的数量不断攀升 , 据政府有关部门统计 , 截止 2015 年底 , 全国在用电梯的数量已经超过 400 万台。电梯的安全可靠运行、 运行状况监管、故障预报及用户管理和上亿电梯乘客的日常生活及工作息息相

关。可见，电梯安全与管理已成为全社会关心的一热点话题。

背景技术

由于电梯构造复杂， 有许多机械零件在长时间使用后便会磨损或者损坏。所以，电梯需要频繁地维护。一旦某个零件出现问题，电梯

发生故障，便会耽误大量时间，带来许多不必要的麻烦。在国内，每年都会有上万人次被困在电梯内。

智能网联电梯为了解决目前电梯安全与管理问题而提出的概念，数据采集部分、 数据传输部分、 中心处理部分以及应用软件共同构成了完整的基于移动互联网架构下大数据处理控制电梯有效运行及监控（监视）系统。

采集仪采集电梯运行数据进行分析并上传到互联网监控中心， 结合平台应用软件，从而实现了各相关单位对电梯实时有效的监管与维护。此外，如高度信息化社会的大楼垂直交通工具 --- 智能化电梯，它不但具备与乘客通讯和与大楼设施通讯的基本功能； 而且具备大楼管理员远程监控层站人流及发送各类信息。

　现群控电梯应具备这些条件，但十台以上或高速高层电梯的信息系统智能化处理就显得力不从

心，只有在移动互联网架构下大数据处理才游刃有余。

　也就是说智能网联电梯控制系统核心既具备高度信息化系统智能处理基本功能； 又具有物联网电梯远程监控（监视）功能。

行业现状

电梯物联网从 2012 年从北京开始试点已经过去了 3 年，但是迟

迟得不到普及，其中有什么难以解决的问题呢？现在电梯无非采用两

种方式接入物联网。

　第一种 : 利用电梯外加传感器报警的方式； 基于

传感器的电梯物联网误报频率居高不下， 此前沈阳、重庆等地曾安装

了数千台此类设备，最后都因故障误报率高而沦为摆设。第二种：直

接通过电梯主控电脑主板采集信息。 这是最好的物联网接入方式， 电

梯运行的关键数据能实现实时传输和捕捉。 如果把传感器获得的非官

方的‘二手信息’比作是“看图猜话”， 那直接接入控制系统的方式

就如同直接从大脑获取‘一手信息’。但是国内使用的电梯品牌众多，电梯系统也各式各样，如果通过这种方式接入物联网，就牵涉到接入端口。电梯要接入物联网技术，成本约 1.5 万元。加上物联网平台建设资金，则每部电梯的接入成本会更高。

　一些大型商场的电梯由于是公司投入，愿意花这些钱，但是小区里的电梯，业主普遍不愿意出钱，所以小区电梯接物联网基本上空白。

　不仅仅是已经在使用的电梯，一些电梯公司也并不愿意接入物联网技术。

现在，国际上也通过物联网和云技术来解决这些问题。

　Thyssen -krupp 和 Microsoft 正在西班牙、德国和英国三地开展试验项目，

试图实现电梯的智能化。

　可见，智能网联电梯我们不需要 “弯道超车”。

项目内容

智能网联电梯控制系统对电梯的控制通过采集电梯的实时数据，

通过机房主机进行大规模集中数据处理， 从而实现对区域多台电梯的群体控制。

本项目主要研究及应用：使用远程对电梯数据的采集，通过基于移动互联网架构下交互平台进行大数据处理， 对电梯进行智能化运行控制的一种控制系统。能同时实现对电梯的实时与运行高效率控制、全天候运行监测、故障信息记录、主动告警、维保管理、相关部门监管等功能。利用通讯网的数据业务，实现电梯实时、定时数据传送的低成本电梯监视；任何上网电脑都可以通过登录指定网址授权成为监视中心（监视中心无需安装任何软件）；多级权限管理（厂家监视，维保公司监视 , 小区监视任意设定等）；监视中心、维修人员与电梯控制系统之间实现电梯故障短信报警、异地参数查阅，调试指导；监视

中心具有维护记录查询功能；监视中心具有电梯运行状态评价功能 , 可作为有关部门对电梯验收评估的凭证； 监视中心软件的数据库管理功能可提供所有电梯的档案管理、 运行记录、故障记录及维护记录的查询打印功能。本系统软件采用 B/S( 浏览器 / 服务器 ) 结构，无需下载客户端。用于监测客户电梯各种状态、 诊断电梯故障等提供便捷的方式。

开发要点

智能网联电梯控制系统由终端、主机、程序三部分组成。

1）终端

本项目使用一种信息收发装置， 作为电梯控制系统的终端； 用来替换电梯上原使用的主板， 控制系统主机通过有线或无线的方式远程向信息收发装置发送控制命令或接受信号； 信息收发装置接收系统主机发送的控制命令，将控制命令转换为变频器能够识别的控制曲线，并向变频器发送控制曲线； 变频器接收控制曲线， 并根据控制曲线对电动机的特征参数进行控制； 或信息收发装置接收远程系统主机反馈

发来的控制命令，将控制命令转换为收发器能够识别的控制命令或信号，并向功能部件发送控制命令或参数输入信号。

　从而信息收发装置代替了原有的微处理器和存储单元， 在实现远程控制的同时节省了成本。

该信息收发装置包括： 信号转换器、以及分别与信号转换器电性

连接的 N个串口、数据总线、收发器接口、 N个光隔输入接口、高压

输入接口、 N个继电器输出端口、变频器数据输出端口、通信协议端

口、 DA（Digital to Analog ，数模转换器）和 IIC 总线，其中 N 为

自然数。

其中，通讯协议端口与系统主机电性连接； DA 与变频器电性连接，该 DA将控制命令转换为控制曲线，并向变频器发送控制曲线。需要说明的是，在电子方面， DA 指数模转换，顾名思义，就是把数字信号转换成模拟信号。与 DA相对应， AD是把模拟信号转换为数字信号，便于计算机等数字控制器处理。

2）主机

该主机可设置在通讯运营商机房， 也可设置在商业中心大楼管理员监控室，做为附近区域电梯的大脑， 对电梯进行远程实时控制与监管。

该控制系统主机包括：存储模块、运算模块和监控模块等。

存储模块负责对电梯信息进行备案保存；

运算模块负责实时对电梯进行控制；

监控模块负责对电梯运行状况实时监测，对故障进行报警。

该远程控制系统分别与曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统电性连接。如电梯用户在轿厢预选登记从一楼到二楼的位置指令。

　即通过编码器旋转，产生脉冲计数将信息反馈到控制系统主机， 控制系统主机将信息处理后，给变频器发送控制曲线或指令， 驱动曳引机使电梯轿厢运行到用户预选登记的二楼。

　再如：系统主机通过编码器产生脉冲计数信息，控制系统主机将信息处理后， 给变频器发送控制曲线或指令信息控制电梯曳引机作为功能部件实现电梯的上下可靠地运行。

　又如电梯用户在大厅处的登记面板作为功能部件 （人机界面） 将用户的操作

指令，通过控制系统主机接收并发送数字信息， 使电梯曳引机驱动轿厢运行达到指定楼层，并自动开门、关门等应用。

3）程序

本项目所开发的软件系统的构成模块及主要功能此处略。

总结与评价

本智能网联电梯控制系统的最基本功能， 与 Android 操作系统在

移动互联网领域的地位和作用类似。先看一下 Android ，其最大的贡

献在于，实现了智能终端硬件和软件的分离。任何应用程序开发者，

基本不用考虑智能终端的物理硬件配置（ CPU型号、内存、各种外设

等），只需根据 Android 提供的编程接口编写应用程序，就可以运行

在所有基于 Android 的智能终端上。

　硬件的功能是有限的， 如果软件

和硬件紧密捆绑不分离， 则整个系统的功能也是有限的。 但是一旦把

硬件功能剥离出来， 则通过软件的变动， 可以使得整个系统的功能大

大扩充。举例说，带闪光灯的拍照手机，如果硬件和软件捆绑，则其

功能就仅仅局限于一台照相机和一部手机。 但是软硬件分离后， 就可

以变成手电筒、信号灯等原来无法实现的功能。现在， 我们可让电梯

成为运输机器人， 可以依靠大数据和算法实现自学习和成长， 更加理

解并满足用户的个性化需求， 并与周围的数据环境更好的融合。 最后

让电梯不仅是交通工具，而是成为智能移动终端。 例如，智能网联电

梯终端的硬件功能很有限， 但是通过额外的应用软件， 则可以把电梯

变成一个门禁（人脸识别开门） ，或者电梯业主定制程序上下班时间

电梯满载后直达 1 楼。这种通过软件创新，把已知（硬件功能）变成

未知（软件功能）的能力，才是激发人类兴趣的源泉，也是为电梯行

业带来活力的关键。

本分项目已申报国家发明专利。

（2） 高速电梯优化配置及轿厢在高速运行下的防振和降噪结构设计

开展电梯轿厢全新机械结构形式下的结构优化技术研究； 产品在高速运行下的的优化配置研究； 突破电梯整机动态特性， 掌握电梯运行机理，研制运行速度在 4～8m/s 范围内的智能网联高速乘客系列电梯产品。

目前国际一线电梯品牌都具有生产安装运行速度 10m/s 以上电

梯的能力，并都有实际的产品推出市场， 其中日本东芝在台湾装有运行速度为 16.5m/s 的电梯，日本三菱正在研制 20m/s 的电梯，将在上海三菱建成最高的试验塔， 将其安装在内。

　而国内厂家一般仅能生产 2.5m/s 以下的乘客电梯和一般低速的载货电梯，部分优质电梯企业已经研制出 4.0m/s 及以上的高速电梯，康力电梯现已研制出运行速度 12m/s 的超高速电梯。

本分项目将采用理论分析、 实验研究和计算机仿真相结合的方法，系统地利用电梯动力学模型、动力学参数优化方法、振动控制方法、风洞效应与防噪声分析研制一种电梯轿厢及传动系统机械结构形式

下的智能网联高速电梯。

　众所周知，对于高速及超高速电梯的核心技术之一就是如何解决电梯轿厢在高速及超高速运行过程中的振动及噪声问题。该点湖南电气职业技术学院科研人员在理论上做了比较全面的分析与阐述。则此分项目以其理论指导与运用下的高速电梯优化配置及轿厢在高速运行下的防振和降噪结构设计。

（3）在高速运行下多功能人机界面限速器部件配置研发与应用本分项目（课题）为上述智能网联高速电梯产品配套研发的一种

功能拓展型限速器。

　其结构可在人机界面下改变电梯的某区间运行速度，使之电梯在不同运行或服务模式下调节其动作速度。

　它是一种人性化的配套产品。本结构主要有两个特点：首先，电梯在维修或检测过程中，可人为降低运行速度，方便人员进行电梯维修或检测工作。其次，可依据楼层登记的指令，自动加速或减速调节电梯正常运行；或依照用户的要求， 在不同楼层其运行速度不同， 在于提高电梯运行效率或缩短乘客候梯时间。

（4）在高速运行下组合耗能式安全钳部件的配置研发与应用

本分项目（课题）为上述多功能人机界面限速器配套研发的安全部件。即为在设定的动作速度范围内耗能型组合式安全钳部件。

　它有两大特点：一是在高速运行下， 像中等速度的安全钳一样平均加速度不大于 1g 的条件下在导轨上有效制动，以至于不损伤导轨及表面。

另一点以多个弹性元件组合而成， 使其结构简单而可靠。

　本结构采用弹性结构有限元法优化设计。现已准备申报国家发明专利。

（5）防撞型电梯厅门上坎导槽式传动装置部件的设计与应用

本分项目（课题）为上述智能网联高速电梯产品配套研发的一种防撞型电梯厅门部件。主要解决在人为因素下，厅门受外力撞击时，极易导致人员掉入井道，引发伤亡事故的发生。

背景技术

当前国内外电梯行业中， 电梯厅门结构可以包括中分式厅门结构和旁开式厅门结构， 其中以中分式厅门结构为主。

　电梯厅门上坎传动装置绝大部分采用在上坎下部固定其单导轨， 单导轨可以是 L 型，左、右门挂板通过滚轮组件悬挂在该单导轨上， 该单导轨的凸起部与滚轮组件的凹陷部扣合， 通过滚轮组件的来回滚动， 实现电梯厅门的开与关。因为该装置只有单导轨单侧卡住滚轮， 使得滚轮组件在单导轨上悬挂方式不稳定，容易出现滚轮脱落的现象。

　尤其厅门在外力撞击下，极易导致事故发生。

实用内容

本分项目（课题）电梯厅门部件主要结构提出了一种电梯厅门上坎导槽传动装置及导槽，更够防止滚轮组件脱落。

本结构提供的一种电梯厅门上坎导槽传动装置包括导槽， 该导槽包括主体部和内扣部， 主体部与内扣部形成空腔， 滚轮组件能够在空腔内滚动；内扣部用于支撑所述滚轮组件，防止其从导槽内脱落，从而解决滚轮组件容易脱落的技术问题。

本结构已获国家实用新型专利 。

（6）高速电梯曳引机曳引能力可靠性的研发与结构设计

众所周知，曳引式传动电梯的核心问题就是如何解决其曳引能力的大小与其可靠性。

　显然，对于高速电梯其曳引能力的保持与其持续性是本项目的重中之重， 因它关系到产品的安全性与可靠性。

　但其曳引能力对于普通电梯而言，也是一个通病。本分项目（课题）旨在解

决两个问题：一个曳引轮材质的一致性与曳引能力的持久性； 另一点，曳引机制动器制动力大小的调节和具备数据化处理， 便于进入远程监控系统。

2016 年 8 月于 益阳

吴哲撰稿