淺論電梯的電氣控制結(jié)構(gòu)安全

時(shí)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(duì)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(lèi)多層建筑領(lǐng)域。電氣控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電梯正常運(yùn)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(duì)電梯的實(shí)時(shí)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(duì)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(guó)電梯運(yùn)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(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(jié)構(gòu)可切實(shí)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(jì)而言，電氣安全回路對(duì)驅(qū)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(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)常常通過(guò)程序控制器實(shí)現(xiàn)門(mén)鎖觸點(diǎn)對(duì)驅(qū)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(xiǎn)。與此同時(shí)，制動(dòng)器控制電器及驅(qū)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(hù)對(duì)象，尤其重視對(duì)此類(lèi)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(wèn)題

　　電梯是一種由機(jī)房、曳引機(jī)、轎廂、對(duì)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(lái)，我國(guó)電梯安全事故呈逐年上升趨勢(shì)。因此加強(qiáng)對(duì)電梯運(yùn)行安全的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。本文主要從電氣控制角度探究電梯運(yùn)行安全問(wèn)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(duì)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(tǒng)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(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(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(nèi)繼電器故障或接觸器故障。(4)各類(lèi)信號(hào)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(lèi)電氣部件皆應(yīng)符合安全電路與安全觸點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，而我國(guó)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(lái)控制電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)供電設(shè)備�！峨娞葜圃炫c安裝安全規(guī)范》(GB7588-2003)(簡(jiǎn)稱(chēng)《安全規(guī)范》)堅(jiān)持的“盡可能避開(kāi)非功率原因的中繼控制”原則對(duì)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(duì)電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)進(jìn)行間接控制，則其通常被看成直接對(duì)電梯驅(qū)動(dòng)主機(jī)停止與啟動(dòng)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(shí)檢測(cè)功能。

　　電梯設(shè)計(jì)對(duì)《安全規(guī)范》的執(zhí)行通常需以電氣常規(guī)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)師皆不重視控制對(duì)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(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(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(huì)因此呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，由此必然致使電器觸點(diǎn)產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)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(lái)，交流變頻技術(shù)被逐漸引入電梯門(mén)機(jī)拖動(dòng)與電梯主拖動(dòng)方面，但控制電器設(shè)計(jì)方面尚存在諸多問(wèn)題，其中以電動(dòng)機(jī)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(shù)設(shè)計(jì)師會(huì)選擇把接觸器安裝到電動(dòng)機(jī)與變頻器間，其中此類(lèi)設(shè)計(jì)通常以交流工頻條件來(lái)確定接觸器的選型，則此類(lèi)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)易導(dǎo)致接觸點(diǎn)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(jiàn)，電梯設(shè)計(jì)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(duì)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(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(guó)電梯行業(yè)卻未完全認(rèn)識(shí)到安全電路的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、應(yīng)用、合格評(píng)定等對(duì)電梯與自動(dòng)扶梯安全運(yùn)行的重要性。針對(duì)安全觸點(diǎn)問(wèn)題，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)其做出如下規(guī)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(guī)定主要從結(jié)構(gòu)方面考慮觸點(diǎn)不斷開(kāi)仍能安全運(yùn)行的情況。電梯安全電路所設(shè)計(jì)的內(nèi)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(jiān)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(shù)故障并不會(huì)致電梯于危險(xiǎn)境地，但若不及時(shí)制止電梯的繼續(xù)運(yùn)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(xiǎn)的境地。待電梯出現(xiàn)第一故障后，其運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)停止之間出現(xiàn)弟二故障，其亦會(huì)致電梯于危險(xiǎn)的境地，但此問(wèn)題目前尚無(wú)解決方法，本文對(duì)此不做過(guò)多地闡釋。針對(duì)故障組合下的電梯安全問(wèn)題，本文將結(jié)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(hù)裝置采用的運(yùn)行方式為繼電器線圈電源由速度傳感器切斷，而驅(qū)動(dòng)主機(jī)電源由繼電器觸點(diǎn)切斷。此電氣安全裝置檢測(cè)出自動(dòng)扶梯因超速而需斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)主機(jī)電源，此時(shí)電氣安全裝置卻出現(xiàn)觸點(diǎn)粘連故障。若此故障致使驅(qū)動(dòng)主機(jī)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(xù)運(yùn)行，此現(xiàn)象表明電梯已出現(xiàn)危險(xiǎn)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(nèi)增設(shè)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(nèi)。若此電氣安全裝置檢測(cè)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(xiàn)驅(qū)動(dòng)主機(jī)的電源被切斷，此時(shí)若某一觸點(diǎn)出現(xiàn)粘連故障，另一觸點(diǎn)亦可成功切斷驅(qū)動(dòng)主機(jī)的電源，由此也保障了自動(dòng)扶梯的運(yùn)行安全。但若繼續(xù)運(yùn)行已無(wú)超速故障的自動(dòng)扶梯，一旦第二觸點(diǎn)出現(xiàn)粘連故障，自動(dòng)扶梯超速問(wèn)題便可致使驅(qū)動(dòng)主機(jī)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(xiǎn)的境地。由此可見(jiàn)，上述設(shè)計(jì)方法對(duì)安全性的考慮尚不足，即僅增設(shè)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(xiǎn)故障，而第一、二、三故障的組合會(huì)致電梯處在危險(xiǎn)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(guò)3個(gè)，則必須重點(diǎn)考慮安全電路問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，具體的解決方法為：把安全電路設(shè)計(jì)為一種由若干通道組成的監(jiān)控電路，其中一個(gè)通道主要完成對(duì)其他通道相同狀態(tài)的檢查，若檢測(cè)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(xù)運(yùn)行。

　　2.2.2 監(jiān)控電路的安全問(wèn)題

　　國(guó)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(xiǎn)，必須增加冗余觸點(diǎn)并監(jiān)控及比較觸點(diǎn)的狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)某一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)出現(xiàn)異常，必須立即停止運(yùn)行狀態(tài)的電梯;國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定若電梯存有兩個(gè)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(wèn)題，電梯不得重啟;若電路存有三個(gè)或以上的通道，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)便未對(duì)其監(jiān)控電路的功能做出強(qiáng)制規(guī)定。針對(duì)如何開(kāi)展監(jiān)控的問(wèn)題，一是增設(shè)一個(gè)具備監(jiān)控功能的繼電器;二是冗余設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)。

　　如圖1所示，R1繼電器線圈與R2繼電器線圈形成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(qū)動(dòng)主機(jī)的電源切斷，此乃冗余設(shè)計(jì)。R3繼電器主要發(fā)揮監(jiān)控功能，啟動(dòng)自動(dòng)扶梯可使R3線圈通電，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(xiàn)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(qū)動(dòng)主機(jī)的電源。若自動(dòng)扶梯存在超速現(xiàn)象，且R1與R2的某一觸點(diǎn)粘連，那么可直接斷開(kāi)與之對(duì)應(yīng)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(qū)動(dòng)主機(jī)也處在失電狀態(tài)。此種設(shè)計(jì)方法完全符合安全電路的有關(guān)要求。

　　針對(duì)上述設(shè)計(jì)方法，其存有一個(gè)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(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(yīng)斷開(kāi)或剩余動(dòng)斷觸點(diǎn)皆應(yīng)斷開(kāi)。上述繼電器亦被稱(chēng)作安全繼電器，其結(jié)構(gòu)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(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(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(jiān)控常開(kāi)觸點(diǎn)的作用根本無(wú)意義，則需執(zhí)行軟件監(jiān)控法。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　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(shì)，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(guó)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(guó)電梯電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)還不能完全使電梯安全設(shè)計(jì)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原則一致。由此可見(jiàn)，加強(qiáng)對(duì)電器電氣控制結(jié)構(gòu)安全的研究具有現(xiàn)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(jié)構(gòu)安全。研究證實(shí)，電梯安全電器的設(shè)計(jì)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(duì)故障組合下的電梯安全問(wèn)題，本文建議采用如下設(shè)計(jì)方法：把安全電路設(shè)計(jì)為一種由若干通道組成的監(jiān)控電路，其中一個(gè)通道完成對(duì)其他通道相同狀態(tài)的檢查，若檢測(cè)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(xù)運(yùn)行。

　　參考文獻(xiàn)：

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