基于電梯安全回路的分析及故障措施

陳玉杰 許迪斐

摘要：隨著我國(guó)高層建筑的數(shù)量越來(lái)越多，電梯就成為了這些高層建筑中必備的交通工具，其運(yùn)行的安全性是人們?cè)谑褂秒娞莸倪^(guò)程中關(guān)注的焦點(diǎn)。電梯的安全運(yùn)行靠的是由一系列的安全機(jī)械部件及其相應(yīng)的電氣安全開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電梯發(fā)生各種意外情況時(shí)能保證機(jī)快速反應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械電氣聯(lián)動(dòng)安全保護(hù)。而電氣方面保護(hù)主要是由電梯的安全回路來(lái)保障。經(jīng)調(diào)查表明電梯發(fā)生的故障中50%以上發(fā)生在安全回路上。所以其重要性一直備受關(guān)注。

關(guān)鍵詞：電梯；安全回路；電壓負(fù)反饋

0 引言

安全回路是電梯控制系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單也是最重要的回路之一。一般的電梯安全回路通常由一個(gè)繼電器串接一系列安全保護(hù)元件（開(kāi)關(guān)或觸點(diǎn)等）組成，包括斷相、錯(cuò)相保護(hù)，電機(jī)過(guò)載熱保護(hù)，安全鉗觸點(diǎn)，限速器觸點(diǎn)，限速器斷繩觸點(diǎn)，安全窗觸點(diǎn)，緩沖器觸點(diǎn)，轎頂、底坑和機(jī)房的停止開(kāi)關(guān)等等；有的電梯還將轎門(mén)和廳門(mén)的連鎖觸點(diǎn)也一并接入安全回路。這些開(kāi)關(guān)和觸點(diǎn)中只要有一個(gè)斷開(kāi)，安全繼電器即失電釋放，其常開(kāi)觸點(diǎn)就斷開(kāi)電梯的控制回路，從而使電梯立即停止運(yùn)行?，F(xiàn)在還有很多一部分電梯，安全回路中不用繼電器，直接將各安全開(kāi)關(guān)和觸點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)接入控制板，在控制板上有安全電路的指示燈來(lái)指示安全電路的通斷情況。由于在電梯的電氣故障中，很大一部分是出自安全回路，下面就安全回路的連接特點(diǎn)進(jìn)行分析，同時(shí)說(shuō)明查找故障的一般方式。詳細(xì)闡述安全回路各元件組成、功能和電路的分析方法。

1 電梯安全回路特點(diǎn)

電梯用得最多最常見(jiàn)的一種安全回路（如圖1）。從圖可以看出安全回路是由各種安全開(kāi)關(guān)串聯(lián)組成的。其中包括靜態(tài)開(kāi)關(guān)組和動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)組。靜態(tài)開(kāi)關(guān)組與動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)組也是串聯(lián)的，由同一個(gè)供電電源進(jìn)行供電。其中靜態(tài)開(kāi)關(guān)組主要包括各種檢測(cè)開(kāi)關(guān)如：上下極限開(kāi)關(guān)，機(jī)房急停開(kāi)關(guān)，限速器開(kāi)關(guān)，底坑急停開(kāi)關(guān)，轎頂急停開(kāi)關(guān)，轎廂急停開(kāi)關(guān)；這類(lèi)開(kāi)關(guān)在正常的使用過(guò)程中是閉合的。只有當(dāng)緊急情況下此類(lèi)開(kāi)關(guān)才動(dòng)作以保障轎廂內(nèi)人員安全。而動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)組包括：轎門(mén)鎖開(kāi)關(guān)，廳門(mén)鎖開(kāi)關(guān)。此類(lèi)開(kāi)關(guān)在正常運(yùn)行時(shí)既要頻繁通斷又要在緊急情況時(shí)能及時(shí)斷開(kāi)保證安全。而在安全回路的末端是驅(qū)動(dòng)電梯的運(yùn)行接觸器。保證此接觸器動(dòng)作的可靠性至關(guān)重要。

2 安全回路的分析

第一，電梯靜態(tài)開(kāi)關(guān)組廣泛分布于從機(jī)房到井道到底坑甚至還有轎廂，整個(gè)回路較長(zhǎng)；再加上動(dòng)態(tài)回路，和樓層高度的增加。一個(gè)完整的電梯安全回路往往有幾十或者上百甚至幾百米的長(zhǎng)度。

眾所周知，電流流經(jīng)傳輸導(dǎo)線時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓降，而傳輸導(dǎo)線上的電壓降常常被忽視。如果回路需要經(jīng)過(guò)150米導(dǎo)線向運(yùn)行接觸器供電，接觸器所需電流為1A。按照"線徑電流對(duì)照表"，一般選擇0.75mm2線徑的導(dǎo)線

但是，根據(jù)導(dǎo)線截面積設(shè)計(jì)式 S=IL/（54.4U） （式中S-導(dǎo)線設(shè)計(jì)的截面積。I導(dǎo)線通過(guò)的最大電流。U-導(dǎo)線允許的壓降。L導(dǎo)線長(zhǎng)度）可以知道，長(zhǎng)度150m、線徑0.75mm2的導(dǎo)線上流過(guò)4A電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生4.90V的電壓降這意味著從電源輸出的DC48V電壓到達(dá)導(dǎo)線末端的運(yùn)行接觸器時(shí)只有DC43.09V。再加上溫度因素，冬天導(dǎo)線的電阻率也會(huì)隨著溫度的下降導(dǎo)致線路總回路電阻增大，回路末端的壓降更明顯。（圖1）所示為國(guó)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)直徑1mm2的導(dǎo)線線長(zhǎng)與壓降關(guān)系曲線）這對(duì)于普通接觸器來(lái)說(shuō)這是無(wú)法承受的。

第二，電梯的安全回路開(kāi)關(guān)有一部分是動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)組，開(kāi)關(guān)經(jīng)常閉合和斷開(kāi)。觸點(diǎn)非常容易氧化打火花。尤其這類(lèi)動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)都在轎廳門(mén)聯(lián)動(dòng)的門(mén)機(jī)械組件上。而廳轎門(mén)聯(lián)動(dòng)在開(kāi)關(guān)接觸到位時(shí)動(dòng)作會(huì)放慢速度，而開(kāi)關(guān)接觸得越慢其開(kāi)關(guān)打火花的程度就越厲害。所以使用時(shí)間越長(zhǎng)動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)的電阻越大。導(dǎo)致總安全回路的總電阻會(huì)進(jìn)一步增大。以上因素造成實(shí)際測(cè)量的安全回路末端電壓只有DC39-40V。

根據(jù)低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備國(guó)標(biāo)GB14048.1-2006中，第4.5.1節(jié)所規(guī)定：控制電源電壓值不應(yīng)小于額定控制電源電壓的85%，那么接觸器最小吸合電壓不低于額定電壓的0.85倍，接觸器在低于此值的情況下工作將無(wú)法吸合造成故障。

上述這些因素產(chǎn)生的電壓降都能造成電梯故障，存在較大的安全隱患。基于該電梯安全回路有上述特點(diǎn)。為提高運(yùn)行接觸器動(dòng)作的可靠性，廠家一般都使用安全繼電器作為運(yùn)行接觸器輔助觸點(diǎn)?；蛘咴黾影踩芈返木€徑解決上述問(wèn)題。

3 安全回路典型故障分析

這里以電梯停止不能運(yùn)行為例，進(jìn)行分析。

分析：因?yàn)殡娞莶贿\(yùn)行跟很多因素有關(guān)，當(dāng)然因?yàn)榘踩芈返目赡茏疃?，故首先要檢查安全回路的狀態(tài)。因安全回路最后是接到控制板上，所以可以通過(guò)觀察控制板上的/ES燈來(lái)看出安全回路是否有電，燈滅（正常狀態(tài)）可以排除安全回路的問(wèn)題，燈亮則認(rèn)為是安全回路斷開(kāi)所致。出現(xiàn)后一種情況，則需要找到具體是哪個(gè)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)異常，此時(shí)由于ERO（緊急運(yùn)行開(kāi)關(guān)）可以短接部分井道開(kāi)關(guān)回路，所以不妨通過(guò)打機(jī)房檢修（ERO）來(lái)，當(dāng)機(jī)房檢修（ERO）打到檢修位置時(shí)控制板燈熄滅，說(shuō)明被ERO短接的部分電路出現(xiàn)故障，就可以將故障范圍縮小，從而利用分析電路的辦法來(lái)確定具體的故障的位置，最終解決。如控制板燈在打ERO后還是點(diǎn)亮，說(shuō)明故障在ERO短接的線路以外，從而縮小范圍可以得到排除。

進(jìn)一步：當(dāng)然很多情況出現(xiàn)安全回路燈滅（正常），而電梯仍然不運(yùn)行，很多情況是門(mén)鎖回路造成，就需要進(jìn)一步對(duì)門(mén)回路分析檢查，圖1紅色框線部分是門(mén)鎖回路電路：

其中DS1、DS2…是各廳門(mén)的開(kāi)關(guān)，GS是轎門(mén)開(kāi)關(guān)，通過(guò)串接各個(gè)開(kāi)關(guān)，將門(mén)回路接回/DW端口，此時(shí)可用同樣的方法觀察燈的狀態(tài)判斷是否是門(mén)鎖回路斷開(kāi)，如果回路斷開(kāi)，可以用萬(wàn)用表檢查各門(mén)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，從而最終確定故障所在。

這里判斷門(mén)開(kāi)關(guān)故障還有一些小的技巧，可以幫助迅速鎖定故障，即出現(xiàn)門(mén)鎖回路不通電時(shí)應(yīng)：

（1）首先重點(diǎn)懷疑電梯停止層的門(mén)鎖是否故障。

（2）詢問(wèn)是否有三角鑰匙打開(kāi)過(guò)層門(mén)，在廳外用三角鑰匙重新開(kāi)關(guān)一下廳門(mén)。

（3）如果不是以上兩個(gè)問(wèn)題則可以在控制柜分別短接廳門(mén)鎖和廳門(mén)鎖，分出是廳門(mén)部分還是轎門(mén)部分故障，如是廳門(mén)部分故障，確保檢修狀態(tài)下，短接廳門(mén)鎖回路，以檢修速度運(yùn)行電梯，逐層檢查每道廳門(mén)聯(lián)鎖接觸情況。需要注意的是，在修復(fù)門(mén)鎖回路故障后，一定要先取掉門(mén)鎖短接線，方能將電梯恢復(fù)到快車(chē)狀態(tài)。

（4）在需要用萬(wàn)用表逐點(diǎn)查找故障的情況下，可以考慮采用折半查找法，即先從中間測(cè)量，這樣可以判斷是前半還是后半問(wèn)題，然后繼續(xù)下去對(duì)存在問(wèn)題的部分繼續(xù)折半查找，這樣可以大大縮短查找時(shí)間。

4 安全回路改進(jìn)的設(shè)想

據(jù)實(shí)際維修統(tǒng)計(jì)，電梯安全回路的故障（包括門(mén)鎖回路）故障占電梯故障的大部分，每次出現(xiàn)故障都需要維修人員按照以上方法查看電梯電路圖，使用萬(wàn)用表檢測(cè)故障點(diǎn)。因?yàn)榘踩芈反?lián)開(kāi)關(guān)多，所以每次檢修都需要花費(fèi)很多時(shí)間和精力來(lái)處理相同類(lèi)型的問(wèn)題，個(gè)人想法是能不能對(duì)安全回路進(jìn)行改進(jìn)，讓每次維修時(shí)故障更容易查找。以下是我對(duì)安全回路改進(jìn)的一些設(shè)想。

首先，可以考慮在電梯上使用很多串行板卡（如OTIS RS5板卡），把板卡編上序號(hào)，同時(shí)在板卡上設(shè)置不同的DIP開(kāi)關(guān)來(lái)標(biāo)識(shí)各自獨(dú)立的地址。然后在需要連接安全回路的地方分別安裝串行板卡，將安裝開(kāi)關(guān)進(jìn)線接入到附近的串行板卡編了號(hào)的端口上，最后通過(guò)串行線把電梯每個(gè)部分的每個(gè)串行板接入機(jī)房微機(jī)端口中，通過(guò)微機(jī)的程序讀取每個(gè)板卡的每個(gè)端子的信號(hào)，然后采用軟件的方式做邏輯運(yùn)算。用邏輯運(yùn)算的結(jié)果來(lái)使能電梯運(yùn)行，這樣如果電梯在某個(gè)安全條件斷開(kāi)情況下，就能通過(guò)微機(jī)迅速找到故障點(diǎn)的位置，對(duì)安全回路的檢修縮短了時(shí)間。同時(shí)如果在成本允許的情況下，還可以在機(jī)房安裝人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)電梯故障診斷的智能化。

綜合上述，安全回路采用電壓負(fù)反饋的閉環(huán)控制方式時(shí)，安全回路末端電壓穩(wěn)定運(yùn)行接觸器的額定電壓值，減少了總電阻對(duì)安全回路的影響，大大提高了安全回路工作穩(wěn)定性。

使用引入電壓負(fù)反饋?zhàn)鳛榘踩芈返碾娞輳S家，可以在不增加安全回路線徑的情況下既保證電梯的安全運(yùn)行，又節(jié)省了成本很值得推廣。

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