淺論電梯的電氣控制結(jié)構(gòu)安全

時間：2022-11-25 11:33:35 論文范文我要投稿

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　　【摘要】 電梯是一種由曳引機(jī)、對重設(shè)備、機(jī)房、轎廂、安全保護(hù)設(shè)備等組成的垂直升降機(jī)，其現(xiàn)今已被廣泛應(yīng)用到各類多層建筑領(lǐng)域。電氣控制系統(tǒng)是實現(xiàn)電梯正常運行的重要系統(tǒng)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時控制與操縱。本文以電梯的電氣控制結(jié)構(gòu)安全為研究對象，主要從電器安全與電路安全兩個方面展開論述，以期提高我國電梯運行的安全性。

淺論電梯的電氣控制結(jié)構(gòu)安全

　　【關(guān)鍵詞】 電梯電氣控制系統(tǒng) 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(dāng)屬電氣安全回路控制，具體包括兩大方面：基于安全控制點的安全觸點與基于安全電路的電氣安全回路控制。此類電路結(jié)構(gòu)可切實提高電梯關(guān)鍵安全控制電器環(huán)節(jié)的安全性與可靠性。就電梯控制電器結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，電氣安全回路對驅(qū)動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(shè)計，其中以電氣安全回路的門鎖觸點為甚。除此以外，部分設(shè)計常常通過程序控制器實現(xiàn)門鎖觸點對驅(qū)動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，制動器控制電器及驅(qū)動裝置等關(guān)鍵電器一直是電氣安全控制高度關(guān)注的故障防護(hù)對象，尤其重視對此類關(guān)鍵電器工作有效性的監(jiān)控。

　　1 電梯電氣控制存在的問題

　　電梯是一種由機(jī)房、曳引機(jī)、轎廂、對重設(shè)備、安全保護(hù)設(shè)備等設(shè)備組成的垂直升降機(jī)。近年來，我國電梯安全事故呈逐年上升趨勢。因此加強(qiáng)對電梯運行安全的研究具有現(xiàn)實意義。本文主要從電氣控制角度探究電梯運行安全問題，就電梯電器控制系統(tǒng)故障進(jìn)行討論。由于電梯電氣控制系統(tǒng)故障呈現(xiàn)出顯著的多樣化特征。對其做出如下歸類：

　　(1)就自動開關(guān)門的電梯而言，門動系統(tǒng)的故障通常由各類電氣元件的接觸點故障所致，具體原因包括電氣元件安裝調(diào)整質(zhì)量、元器件自身質(zhì)量或元器件維護(hù)保養(yǎng)質(zhì)量等。(2)就各類觸點故障或安全開關(guān)故障而言，安全回路故障通常包括誤動作故障與事實性故障。(3)控制柜(盒)內(nèi)繼電器故障或接觸器故障。(4)各類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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)安全。

　　2 電梯的電氣控制結(jié)構(gòu)安全探究

　　2.1 安全電器探究

　　電梯的安全控制部位通常設(shè)有電氣安全裝置，其中電氣安全裝置的各類電氣部件皆應(yīng)符合安全電路與安全觸點標(biāo)準(zhǔn)，而我國應(yīng)用最普遍當(dāng)屬經(jīng)中繼控制電器用電氣安全回路來控制電梯驅(qū)動主機(jī)供電設(shè)備。《電梯制造與安裝安全規(guī)范》(GB7588-2003)(簡稱《安全規(guī)范》)堅持的“盡可能避開非功率原因的中繼控制”原則對保障電氣安全回路的分?jǐn)嗄芰χ陵P(guān)重要。若中繼控制電器對電梯驅(qū)動主機(jī)進(jìn)行間接控制，則其通常被看成直接對電梯驅(qū)動主機(jī)停止與啟動設(shè)備進(jìn)行控制。那么，中繼控制電器應(yīng)具備失效保護(hù)功能與故障定時檢測功能。

　　電梯設(shè)計對《安全規(guī)范》的執(zhí)行通常需以電氣常規(guī)設(shè)計與機(jī)械設(shè)計為基礎(chǔ)，但就電梯電氣安全回路中繼控制電器而言，多數(shù)設(shè)計師皆不重視控制對象的電氣參數(shù)，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沒有把直流負(fù)載控制的電路技術(shù)參數(shù)考慮進(jìn)去。除此以外，控制電器元件的額定值通常應(yīng)屬控制電阻性負(fù)載的額定值，其中電梯電氣安全回路中繼控制等電感性負(fù)載電路的控制能力會因此呈現(xiàn)下降趨勢，由此必然致使電器觸點產(chǎn)生長時間的燒熔、拉弧或粘連現(xiàn)象。若上述現(xiàn)象出現(xiàn)在電氣安全回路中繼控制電路方面，其極易導(dǎo)致電氣安全回路出現(xiàn)重大安全隱患。

　　近年來，交流變頻技術(shù)被逐漸引入電梯門機(jī)拖動與電梯主拖動方面，但控制電器設(shè)計方面尚存在諸多問題，其中以電動機(jī)與變頻器間接觸器的選型問題為甚。為了提高電梯交流變頻控制的安全性，多數(shù)設(shè)計師會選擇把接觸器安裝到電動機(jī)與變頻器間，其中此類設(shè)計通常以交流工頻條件來確定接觸器的選型，則此類設(shè)計沒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，此類設(shè)計易導(dǎo)致接觸點間產(chǎn)生較為嚴(yán)重的拉弧現(xiàn)象，甚至?xí)鸾佑|器被燒毀等后果。由此可見，電梯設(shè)計必須嚴(yán)格執(zhí)行《安全規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，以確保電梯電氣控制結(jié)構(gòu)內(nèi)電器的安全。

　　2.2 安全電路探究

　　針對電梯的安全電路問題，《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規(guī)范》(GB16899-1997)與《電梯制造與安裝安全規(guī)范》(GB7588-2003)皆有明確規(guī)定，但現(xiàn)今我國電梯行業(yè)卻未完全認(rèn)識到安全電路的設(shè)計、試驗、應(yīng)用、合格評定等對電梯與自動扶梯安全運行的重要性。針對安全觸點問題，國際標(biāo)準(zhǔn)主要對其做出如下規(guī)定，即動作的可靠性、電氣間隙、觸點斷開后的距離、絕緣電壓、爬電距離等，此規(guī)定主要從結(jié)構(gòu)方面考慮觸點不斷開仍能安全運行的情況。電梯安全電路所設(shè)計的內(nèi)容較廣泛，本文主要探討故障組合下的電梯安全問題與監(jiān)控電路的安全問題。

　　2.2.1 故障組合下的電梯安全問題

　　大量研究證實，多數(shù)故障并不會致電梯于危險境地，但若不及時制止電梯的繼續(xù)運行，其必然會引發(fā)第二故障，此時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(xiàn)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(xiàn)弟二故障，其亦會致電梯于危險的境地，但此問題目前尚無解決方法，本文對此不做過多地闡釋。針對故障組合下的電梯安全問題，本文將結(jié)合具體案例展開論述。

　　例如：某個自動扶梯的超速保護(hù)裝置采用的運行方式為繼電器線圈電源由速度傳感器切斷，而驅(qū)動主機(jī)電源由繼電器觸點切斷。此電氣安全裝置檢測出自動扶梯因超速而需斷開驅(qū)動主機(jī)電源，此時電氣安全裝置卻出現(xiàn)觸點粘連故障。若此故障致使驅(qū)動主機(jī)電源不能被有效斷開，其必然不能有效制止自動扶梯的持續(xù)運行，此現(xiàn)象表明電梯已出現(xiàn)危險故障。　　為了更加全面地闡釋故障組合下的電梯安全問題，本文決定在此案例內(nèi)增設(shè)一個繼電器，同時把繼電器的觸點串聯(lián)到電氣安全裝置內(nèi)。若此電氣安全裝置檢測出自動扶梯因超速而需同時斷開兩大串聯(lián)觸點來實現(xiàn)驅(qū)動主機(jī)的電源被切斷，此時若某一觸點出現(xiàn)粘連故障，另一觸點亦可成功切斷驅(qū)動主機(jī)的電源，由此也保障了自動扶梯的運行安全。但若繼續(xù)運行已無超速故障的自動扶梯，一旦第二觸點出現(xiàn)粘連故障，自動扶梯超速問題便可致使驅(qū)動主機(jī)電源無法有效斷開，即此時的故障組合可使自動扶梯處在危險的境地。由此可見，上述設(shè)計方法對安全性的考慮尚不足，即僅增設(shè)串聯(lián)繼電器觸點根本難以有效解決既有問題，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(shù)目超過3個，則必須重點考慮安全電路問題。針對此問題，具體的解決方法為：把安全電路設(shè)計為一種由若干通道組成的監(jiān)控電路，其中一個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，則必須及時停止電梯的繼續(xù)運行。

　　2.2.2 監(jiān)控電路的安全問題

　　國家標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為若想有效規(guī)避由故障組合引發(fā)的電梯危險，必須增加冗余觸點并監(jiān)控及比較觸點的狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)某一個或多個觸點出現(xiàn)異常，必須立即停止運行狀態(tài)的電梯;國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定若電梯存有兩個通道，必須認(rèn)真檢查監(jiān)控電路的功能，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)控電路問題，電梯不得重啟;若電路存有三個或以上的通道，國家標(biāo)準(zhǔn)便未對其監(jiān)控電路的功能做出強(qiáng)制規(guī)定。針對如何開展監(jiān)控的問題，一是增設(shè)一個具備監(jiān)控功能的繼電器;二是冗余設(shè)計(見圖1)。

　　如圖1所示，R1繼電器線圈與R2繼電器線圈形成2個通道，兩者的供電皆受控于超速傳感器觸點，即超速的自動扶梯可使R1與R2失電，此時兩者的觸點能把驅(qū)動主機(jī)的電源切斷，此乃冗余設(shè)計。R3繼電器主要發(fā)揮監(jiān)控功能，啟動自動扶梯可使R3線圈通電，同時其閉合的觸點可使R1與R2電源被接通，此時動作后的R1與R2可實現(xiàn)自鎖和切斷R3的電源，進(jìn)而閉合R3的常閉觸點且接通驅(qū)動主機(jī)的電源。若自動扶梯存在超速現(xiàn)象，且R1與R2的某一觸點粘連，那么可直接斷開與之對應(yīng)的常閉觸點，同時開始下一次啟動，此時R3依然保持失電狀態(tài)，且自動扶梯也依然不能被啟動。若R3的觸點粘連，則可斷開其常閉觸點，此時驅(qū)動主機(jī)也處在失電狀態(tài)。此種設(shè)計方法完全符合安全電路的有關(guān)要求。

　　針對上述設(shè)計方法，其存有一個必備前提，即R1、R2、R3繼電器皆應(yīng)具備機(jī)械強(qiáng)制連鎖結(jié)構(gòu)，亦或R1、R2、R3繼電器皆應(yīng)滿足如下要求：若閉合動斷觸點的其中之一，剩余動合觸點皆應(yīng)斷開或剩余動斷觸點皆應(yīng)斷開。上述繼電器亦被稱作安全繼電器，其結(jié)構(gòu)允許常閉觸電與常開觸電不同時閉合，此乃安全繼電器被用作硬件監(jiān)控或自我監(jiān)控的根本原因。但常用繼電器根本不具備上述功能，即若某一常開觸點不能斷開，其必然會引起剩余常開觸點與常閉觸點一并閉合。由此可見，以常閉觸點監(jiān)控常開觸點的作用根本無意義，則需執(zhí)行軟件監(jiān)控法。

　　3 結(jié)語

　　總體而言，目前電梯的電氣控制結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)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的關(guān)注，而我國電梯電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)還不能完全使電梯安全設(shè)計與國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原則一致。由此可見，加強(qiáng)對電器電氣控制結(jié)構(gòu)安全的研究具有現(xiàn)實意義。本文主要從安全電器與安全電路兩個方面探究了電梯的電氣控制結(jié)構(gòu)安全。研究證實，電梯安全電器的設(shè)計必須嚴(yán)格執(zhí)行《安全規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，方可確保電梯電氣控制結(jié)構(gòu)內(nèi)電器的安全。其次，針對故障組合下的電梯安全問題，本文建議采用如下設(shè)計方法：把安全電路設(shè)計為一種由若干通道組成的監(jiān)控電路，其中一個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，則必須及時停止電梯的繼續(xù)運行。

　　參考文獻(xiàn)：

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