淺論電梯的電氣控制結構安全
【摘 要】 電梯是一種由曳引機、對重設備、機房、轎廂、安全保護設備等組成的垂直升降機，其現今已被廣泛應用到各類(lèi)多層建筑領(lǐng)域。電氣控制系統是實(shí)現電梯正常運行的重要系統之一，其主要由位置顯示裝置、操作裝置、平層裝置、控制柜或控制屏、選層器等組成，主要完成對電梯的實(shí)時(shí)控制與操縱。本文以電梯的電氣控制結構安全為研究對象，主要從電器安全與電路安全兩個(gè)方面展開(kāi)論述，以期提高我國電梯運行的安全性。
【關(guān)鍵詞】 電梯 電氣控制系統 安全電器 安全電路
Abstract elevator is a traction machine by, for vertical lift heavy equipment, room, car, safety equipment, etc., which now has been widely applied to various types of multi-layer construction. Electrical control system is an important system to achieve the normal operation of the elevator, which is mainly composed of position display device, operating system, leveling device, a control cabinet or control panel, select the layer and other components, mainly to complete real-time control and manipulation of the elevator. In this paper, the structural safety of the electrical control of the elevator for the study, from the start on the main circuit electrical safety and security aspects, in order to improve the safety of operation of the elevator.
Key words Electric elevator control system safety electrical safety circuit
電梯安全電氣控制的核心當屬電氣安全回路控制，具體包括兩大方面：基于安全控制點(diǎn)的安全觸點(diǎn)與基于安全電路的電氣安全回路控制。此類(lèi)電路結構可切實(shí)提高電梯關(guān)鍵安全控制電器環(huán)節的安全性與可靠性。就電梯控制電器結構設計而言，電氣安全回路對驅動(dòng)裝置主控電器的控制連接尚存在諸多經(jīng)程序軟件間接連接的設計，其中以電氣安全回路的門(mén)鎖觸點(diǎn)為甚。除此以外，部分設計常常通過(guò)程序控制器實(shí)現門(mén)鎖觸點(diǎn)對驅動(dòng)裝置主控電器的間接控制，而此控制方式易受到意外干擾而承受諸多危險。與此同時(shí)，制動(dòng)器控制電器及驅動(dòng)裝置等關(guān)鍵電器一直是電氣安全控制高度關(guān)注的故障防護對象，尤其重視對此類(lèi)關(guān)鍵電器工作有效性的監控。
1 電梯電氣控制存在的問(wèn)題
電梯是一種由機房、曳引機、轎廂、對重設備、安全保護設備等設備組成的垂直升降機。近年來(lái)，我國電梯安全事故呈逐年上升趨勢。因此加強對電梯運行安全的研究具有現實(shí)意義。本文主要從電氣控制角度探究電梯運行安全問(wèn)題，就電梯電器控制系統故障進(jìn)行討論。由于電梯電氣控制系統故障呈現出顯著(zhù)的多樣化特征。對其做出如下歸類(lèi)：
(1)就自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)的電梯而言，門(mén)動(dòng)系統的故障通常由各類(lèi)電氣元件的接觸點(diǎn)故障所致，具體原因包括電氣元件安裝調整質(zhì)量、元器件自身質(zhì)量或元器件維護保養質(zhì)量等。(2)就各類(lèi)觸點(diǎn)故障或安全開(kāi)關(guān)故障而言，安全回路故障通常包括誤動(dòng)作故障與事實(shí)性故障。(3)控制柜(盒)內繼電器故障或接觸器故障。(4)各類(lèi)信號燈故障或指令召喚按鈕故障。
總體而言，電梯的電氣控制結構安全主要涉及電器安全與電路安全兩大方面。下文主要從電器安全與電路安全角度探究電梯的電氣控制結構安全。
2 電梯的電氣控制結構安全探究
2.1 安全電器探究
電梯的安全控制部位通常設有電氣安全裝置，其中電氣安全裝置的各類(lèi)電氣部件皆應符合安全電路與安全觸點(diǎn)標準，而我國應用最普遍當屬經(jīng)中繼控制電器用電氣安全回路來(lái)控制電梯驅動(dòng)主機供電設備�！峨娞葜圃炫c安裝安全規范》(GB7588-2003)(簡(jiǎn)稱(chēng)《安全規范》)堅持的“盡可能避開(kāi)非功率原因的中繼控制”原則對保障電氣安全回路的分斷能力至關(guān)重要。若中繼控制電器對電梯驅動(dòng)主機進(jìn)行間接控制，則其通常被看成直接對電梯驅動(dòng)主機停止與啟動(dòng)設備進(jìn)行控制。那么，中繼控制電器應具備失效保護功能與故障定時(shí)檢測功能。
電梯設計對《安全規范》的執行通常需以電氣常規設計與機械設計為基礎，但就電梯電氣安全回路中繼控制電器而言，多數設計師皆不重視控制對象的電氣參數，而在中繼控制電器元件的選型方面，普通繼電器控制直流電路的選型普遍存在問(wèn)題，即電氣安全回路的中繼控制電器為交直流兩用繼電器時(shí)沒(méi)有把直流負載控制的電路技術(shù)參數考慮進(jìn)去。除此以外，控制電器元件的額定值通常應屬控制電阻性負載的額定值，其中電梯電氣安全回路中繼控制等電感性負載電路的控制能力會(huì )因此呈現下降趨勢，由此必然致使電器觸點(diǎn)產(chǎn)生長(cháng)時(shí)間的燒熔、拉弧或粘連現象。若上述現象出現在電氣安全回路中繼控制電路方面，其極易導致電氣安全回路出現重大安全隱患。
近年來(lái)，交流變頻技術(shù)被逐漸引入電梯門(mén)機拖動(dòng)與電梯主拖動(dòng)方面，但控制電器設計方面尚存在諸多問(wèn)題，其中以電動(dòng)機與變頻器間接觸器的選型問(wèn)題為甚。為了提高電梯交流變頻控制的安全性，多數設計師會(huì )選擇把接觸器安裝到電動(dòng)機與變頻器間，其中此類(lèi)設計通常以交流工頻條件來(lái)確定接觸器的選型，則此類(lèi)設計沒(méi)有考慮變頻器輸出電流的變流特性(即交流工頻至低頻直至直流)。因此，此類(lèi)設計易導致接觸點(diǎn)間產(chǎn)生較為嚴重的拉弧現象，甚至會(huì )引起接觸器被燒毀等后果。由此可見(jiàn)，電梯設計必須嚴格執行《安全規范》的有關(guān)規定，以確保電梯電氣控制結構內電器的安全。
2.2 安全電路探究
針對電梯的安全電路問(wèn)題，《自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的制造與安裝安全規范》(GB16899-1997)與《電梯制造與安裝安全規范》(GB7588-2003)皆有明確規定，但現今我國電梯行業(yè)卻未完全認識到安全電路的設計、試驗、應用、合格評定等對電梯與自動(dòng)扶梯安全運行的重要性。針對安全觸點(diǎn)問(wèn)題，國際標準主要對其做出如下規定，即動(dòng)作的可靠性、電氣間隙、觸點(diǎn)斷開(kāi)后的距離、絕緣電壓、爬電距離等，此規定主要從結構方面考慮觸點(diǎn)不斷開(kāi)仍能安全運行的情況。電梯安全電路所設計的內容較廣泛，本文主要探討故障組合下的電梯安全問(wèn)題與監控電路的安全問(wèn)題。
2.2.1 故障組合下的電梯安全問(wèn)題
大量研究證實(shí)，多數故障并不會(huì )致電梯于危險境地，但若不及時(shí)制止電梯的繼續運行，其必然會(huì )引發(fā)第二故障，此時(shí)電梯易被第一故障與弟二故障的組合致于危險的境地。待電梯出現第一故障后，其運行狀態(tài)通常被要求在第一故障參與下一操作程序之前停止。若第一故障與電梯運行狀態(tài)停止之間出現弟二故障，其亦會(huì )致電梯于危險的境地，但此問(wèn)題目前尚無(wú)解決方法，本文對此不做過(guò)多地闡釋。針對故障組合下的電梯安全問(wèn)題，本文將結合具體案例展開(kāi)論述。
例如：某個(gè)自動(dòng)扶梯的超速保護裝置采用的運行方式為繼電器線(xiàn)圈電源由速度傳感器切斷，而驅動(dòng)主機電源由繼電器觸點(diǎn)切斷。此電氣安全裝置檢測出自動(dòng)扶梯因超速而需斷開(kāi)驅動(dòng)主機電源，此時(shí)電氣安全裝置卻出現觸點(diǎn)粘連故障。若此故障致使驅動(dòng)主機電源不能被有效斷開(kāi)，其必然不能有效制止自動(dòng)扶梯的持續運行，此現象表明電梯已出現危險故障。 為了更加全面地闡釋故障組合下的電梯安全問(wèn)題，本文決定在此案例內增設一個(gè)繼電器，同時(shí)把繼電器的觸點(diǎn)串聯(lián)到電氣安全裝置內。若此電氣安全裝置檢測出自動(dòng)扶梯因超速而需同時(shí)斷開(kāi)兩大串聯(lián)觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現驅動(dòng)主機的電源被切斷，此時(shí)若某一觸點(diǎn)出現粘連故障，另一觸點(diǎn)亦可成功切斷驅動(dòng)主機的電源，由此也保障了自動(dòng)扶梯的運行安全。但若繼續運行已無(wú)超速故障的自動(dòng)扶梯，一旦第二觸點(diǎn)出現粘連故障，自動(dòng)扶梯超速問(wèn)題便可致使驅動(dòng)主機電源無(wú)法有效斷開(kāi)，即此時(shí)的故障組合可使自動(dòng)扶梯處在危險的境地。由此可見(jiàn)，上述設計方法對安全性的考慮尚不足，即僅增設串聯(lián)繼電器觸點(diǎn)根本難以有效解決既有問(wèn)題，究其原因如下：若第一故障與弟二故障的組合不屬危險故障，而第一、二、三故障的組合會(huì )致電梯處在危險境地，則電梯必須在第一、二故障參與下一操作程序之前被停止;若故障的數目超過(guò)3個(gè)，則必須重點(diǎn)考慮安全電路問(wèn)題。針對此問(wèn)題，具體的解決方法為：把安全電路設計為一種由若干通道組成的監控電路，其中一個(gè)通道主要完成對其他通道相同狀態(tài)的檢查，若檢測出通道的狀態(tài)存有不一致，則必須及時(shí)停止電梯的繼續運行。
2.2.2 監控電路的安全問(wèn)題
國家標準認為若想有效規避由故障組合引發(fā)的電梯危險，必須增加冗余觸點(diǎn)并監控及比較觸點(diǎn)的狀態(tài)。一旦發(fā)現某一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)出現異常，必須立即停止運行狀態(tài)的電梯;國家標準規定若電梯存有兩個(gè)通道，必須認真檢查監控電路的功能，一旦發(fā)現監控電路問(wèn)題，電梯不得重啟;若電路存有三個(gè)或以上的通道，國家標準便未對其監控電路的功能做出強制規定。針對如何開(kāi)展監控的問(wèn)題，一是增設一個(gè)具備監控功能的繼電器;二是冗余設計(見(jiàn)圖1)。
如圖1所示，R1繼電器線(xiàn)圈與R2繼電器線(xiàn)圈形成2個(gè)通道，兩者的供電皆受控于超速傳感器觸點(diǎn)，即超速的自動(dòng)扶梯可使R1與R2失電，此時(shí)兩者的觸點(diǎn)能把驅動(dòng)主機的電源切斷，此乃冗余設計。R3繼電器主要發(fā)揮監控功能，啟動(dòng)自動(dòng)扶梯可使R3線(xiàn)圈通電，同時(shí)其閉合的觸點(diǎn)可使R1與R2電源被接通，此時(shí)動(dòng)作后的R1與R2可實(shí)現自鎖和切斷R3的電源，進(jìn)而閉合R3的常閉觸點(diǎn)且接通驅動(dòng)主機的電源。若自動(dòng)扶梯存在超速現象，且R1與R2的某一觸點(diǎn)粘連，那么可直接斷開(kāi)與之對應的常閉觸點(diǎn)，同時(shí)開(kāi)始下一次啟動(dòng)，此時(shí)R3依然保持失電狀態(tài)，且自動(dòng)扶梯也依然不能被啟動(dòng)。若R3的觸點(diǎn)粘連，則可斷開(kāi)其常閉觸點(diǎn)，此時(shí)驅動(dòng)主機也處在失電狀態(tài)。此種設計方法完全符合安全電路的有關(guān)要求。
針對上述設計方法，其存有一個(gè)必備前提，即R1、R2、R3繼電器皆應具備機械強制連鎖結構，亦或R1、R2、R3繼電器皆應滿(mǎn)足如下要求：若閉合動(dòng)斷觸點(diǎn)的其中之一，剩余動(dòng)合觸點(diǎn)皆應斷開(kāi)或剩余動(dòng)斷觸點(diǎn)皆應斷開(kāi)。上述繼電器亦被稱(chēng)作安全繼電器，其結構允許常閉觸電與常開(kāi)觸電不同時(shí)閉合，此乃安全繼電器被用作硬件監控或自我監控的根本原因。但常用繼電器根本不具備上述功能，即若某一常開(kāi)觸點(diǎn)不能斷開(kāi)，其必然會(huì )引起剩余常開(kāi)觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)一并閉合。由此可見(jiàn)，以常閉觸點(diǎn)監控常開(kāi)觸點(diǎn)的作用根本無(wú)意義，則需執行軟件監控法。
3 結語(yǔ)
總體而言，目前電梯的電氣控制結構呈現出高速發(fā)展的趨勢，則電梯的電氣控制必然朝向多樣化、集成化、小型化方向發(fā)展。就我國電梯技術(shù)而言，電梯的安全性一直倍受社會(huì )的關(guān)注，而我國電梯電氣控制系統的設計技術(shù)還不能完全使電梯安全設計與國家標準規定的原則一致。由此可見(jiàn)，加強對電器電氣控制結構安全的研究具有現實(shí)意義。本文主要從安全電器與安全電路兩個(gè)方面探究了電梯的電氣控制結構安全。研究證實(shí)，電梯安全電器的設計必須嚴格執行《安全規范》的有關(guān)規定，方可確保電梯電氣控制結構內電器的安全。其次，針對故障組合下的電梯安全問(wèn)題，本文建議采用如下設計方法：把安全電路設計為一種由若干通道組成的監控電路，其中一個(gè)通道完成對其他通道相同狀態(tài)的檢查，若檢測出通道的狀態(tài)存有不一致，則必須及時(shí)停止電梯的繼續運行。
參考文獻：
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