電梯轎廂意外移動(dòng)故障分析及保護(hù)改進(jìn)

魏金春

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院泉州分院，福建泉州 362010）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)的電梯占有量已占全球的90%以上，但電梯在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)超速、低速、層門及轎門無(wú)法正常關(guān)閉、電梯的控制邏輯誤報(bào)等問(wèn)題，導(dǎo)致電梯處于失控狀態(tài)，進(jìn)而出現(xiàn)了電梯轎廂意外移動(dòng)的故障現(xiàn)象。此故障現(xiàn)象已成為整個(gè)電梯領(lǐng)域無(wú)法有效解決的頑疾，電梯事故一旦發(fā)生，將會(huì)給人員及企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。為此，在電梯的前期設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)轎廂的意外移動(dòng)故障現(xiàn)象，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)一套帶有故障監(jiān)測(cè)及保護(hù)功能的裝置，成為當(dāng)前的研究重點(diǎn)。因此，在分析現(xiàn)有轎廂意外移動(dòng)事故原因的基礎(chǔ)上，采用PLC控制程序，設(shè)計(jì)了一套帶有檢測(cè)及保護(hù)功能的裝置，并進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了此保護(hù)裝置的可行性。這對(duì)有效解決當(dāng)前電梯存在的不足，提高電梯的運(yùn)行安全具有重要意義。

1 現(xiàn)有電梯結(jié)構(gòu)組成分析

目前市場(chǎng)上應(yīng)用較多的轎廂式電梯結(jié)構(gòu)組成基本相同，包括電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速箱、曳引鋼絲繩、安全鉗、轎廂、配重等部件，轎廂主要用于載人或載貨，主要通過(guò)繩頭組合及鋼絲繩纏繞于減速箱上，電機(jī)動(dòng)則主要負(fù)責(zé)對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)操作，配重主要用于平衡轎廂的重量[2]。安全鉗是電梯上的核心部件，可安裝在轎廂或配重塊上，當(dāng)轎廂運(yùn)行停止后，為保證轎廂不會(huì)進(jìn)一步出現(xiàn)移動(dòng)，可通過(guò)安全鉗對(duì)轎廂進(jìn)行二次制動(dòng)，以保證轎廂處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。曳引鋼絲繩是整個(gè)電梯中的受力部件，其具有較強(qiáng)的抗拉性能及強(qiáng)度，是保障整個(gè)電梯安全運(yùn)行的前提。曳引式電梯的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 曳引式電梯結(jié)構(gòu)組成

2 當(dāng)前轎廂意外移動(dòng)故障原因分析

經(jīng)分析，轎廂的意外移動(dòng)故障主要包括制動(dòng)器故障、層門及轎門封接故障、拽引鋼絲繩的磨損嚴(yán)重故障、電磁干擾、制動(dòng)輪閘瓦異常等，下面就典型的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析。

2.1 制動(dòng)器故障

當(dāng)電梯到層后，制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部壓縮彈簧自動(dòng)閉合，通過(guò)制動(dòng)器的卡阻作用使轎廂保持靜止?fàn)顟B(tài)，但實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)器上復(fù)位過(guò)程中，其內(nèi)部的鐵芯與基座或銅套之間出現(xiàn)銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、復(fù)位不及時(shí)、卡阻等故障現(xiàn)象，壓縮彈簧及拉桿也有變形或失效的情況發(fā)生，這導(dǎo)致了制動(dòng)器無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)轎廂的有效靜止制動(dòng)，出現(xiàn)了轎廂的意外移動(dòng)現(xiàn)象[3]。另外，制動(dòng)器中的制動(dòng)鼓和制動(dòng)閘皮之間的間隙過(guò)大、磨損嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)老化等現(xiàn)象，也是導(dǎo)致制動(dòng)器出現(xiàn)故障的重要影響因素。制動(dòng)器中鐵芯與銅套磨損實(shí)物如圖2所示。

圖2 制動(dòng)器中鐵芯與銅套磨損實(shí)物

2.2 層門及轎門無(wú)法關(guān)閉故障

由于電梯的使用頻率相對(duì)較高，電梯中的層門和轎門的開(kāi)門和關(guān)門次數(shù)相對(duì)較多，導(dǎo)致電梯內(nèi)部的電氣控制裝置經(jīng)常出現(xiàn)控制邏輯出故障、安全觸點(diǎn)失效、關(guān)門繼電器不工作等故障現(xiàn)象，導(dǎo)致層門和轎門無(wú)法執(zhí)行相關(guān)的控制邏輯，也無(wú)法準(zhǔn)確地對(duì)門的開(kāi)閉狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，出現(xiàn)了層門開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，轎廂門也運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，最終使得轎廂出現(xiàn)了意外移動(dòng)的故障現(xiàn)象[4]。

3 電梯轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 保護(hù)裝置總體方案設(shè)計(jì)

結(jié)合電梯轎廂發(fā)生意外移動(dòng)的故障原因分析，有針對(duì)性開(kāi)展了轎廂意外移動(dòng)檢測(cè)及保護(hù)裝置的總體方案設(shè)計(jì)研究。該保護(hù)裝置主要包括檢測(cè)裝置、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。檢測(cè)裝置中配備了速度及位移傳感器、運(yùn)行及抱閘接觸器、層門及轎門開(kāi)關(guān)繼電器、緊急制停裝置及復(fù)位等檢測(cè)儀器；控制器選用了西門子的S3-700型PLC控制器；執(zhí)行機(jī)構(gòu)中包括了緊急制動(dòng)裝置、斷電裝置、報(bào)警裝置、短信提示等功能配置[5]。此保護(hù)裝置中的檢測(cè)裝置能對(duì)電梯轎廂的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，控制器接收了相關(guān)采集信號(hào)后進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、處理、判斷及信號(hào)存儲(chǔ)等計(jì)算操作，確定電梯的運(yùn)行情況，并向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的控制命令。當(dāng)轎廂出現(xiàn)意外移動(dòng)故障時(shí)，控制器將會(huì)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障報(bào)警提示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)即刻切斷電梯的危險(xiǎn)電源，并采取不同等級(jí)的安全保護(hù)措施，發(fā)出聲光報(bào)警提示，并向監(jiān)控平臺(tái)及管理人員及時(shí)發(fā)出短信提示。其結(jié)構(gòu)框架如圖3所示。

圖3 轎廂意外移動(dòng)檢測(cè)及保護(hù)裝置總體方案框架

3.2 保護(hù)裝置硬件系統(tǒng)分析

3.2.1 PLC的應(yīng)用選型分析

結(jié)合當(dāng)前該保護(hù)裝置的控制性能需求，以及對(duì)市場(chǎng)上三菱、西門子等大品牌控制器的對(duì)比篩選，選用了市場(chǎng)上成熟的S7-300西門子PLC控制器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)裝置低成本的控制。該控制器主要由通訊模塊、數(shù)字模塊、CPU、擴(kuò)展模塊、數(shù)字I/O點(diǎn)等組成，包含了221、222、224等多種型號(hào)類型，可根據(jù)不同的控制需求，選擇不同的信號(hào)控制點(diǎn)數(shù)。由于此保護(hù)裝置涉及運(yùn)行接觸器、轎門繼電器、光電位移傳感器等組成，且檢測(cè)儀器與主板之間的通訊距離相對(duì)較短[6]，該控制器具有控制響應(yīng)迅速、控制精度高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，能較好地滿足電梯中保護(hù)裝置的控制需求。

3.2.2 語(yǔ)音報(bào)警器模塊

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研及型號(hào)對(duì)比，選擇了LMD107型語(yǔ)音報(bào)警器模塊。該報(bào)警器模塊具有報(bào)警聲音響亮、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，內(nèi)部配備了RS485接口，可有效實(shí)現(xiàn)電梯中多路故障信號(hào)的接收及傳輸，并將相關(guān)故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)保存。同時(shí)，該報(bào)警器模塊中設(shè)置了多路開(kāi)關(guān)信號(hào)端子，當(dāng)某一信號(hào)端子被觸發(fā)時(shí)，該報(bào)警器模塊可及時(shí)發(fā)出對(duì)應(yīng)信號(hào)類型的報(bào)警提示，并通過(guò)錄音軟件進(jìn)行錄音。LMD107型語(yǔ)音報(bào)警器模塊的實(shí)物如圖4所示。

圖4 語(yǔ)音報(bào)警器模塊實(shí)物

3.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.3.1 電梯門開(kāi)啟檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

結(jié)合選用的西門子S7-300型PLC控制器，對(duì)電梯門的開(kāi)啟檢測(cè)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在該程序中，主要由開(kāi)門繼電器、延時(shí)繼電器、層門繼電器、轎門繼電器等組成，延時(shí)開(kāi)門時(shí)間設(shè)置為0.4 s，當(dāng)轎門繼電器出現(xiàn)吸合但不斷開(kāi)現(xiàn)象時(shí)，此時(shí)轎門則處于封接狀態(tài)，語(yǔ)音報(bào)警器將發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示，延時(shí)0.3 s后，切斷電梯運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)回路。除了使語(yǔ)音報(bào)警器發(fā)出相應(yīng)報(bào)警提示外，還能及時(shí)切斷電梯的驅(qū)動(dòng)電路，保證電梯運(yùn)行過(guò)程的安全。整個(gè)電梯門開(kāi)啟檢測(cè)程序如圖5所示。

圖5 電梯門開(kāi)啟檢測(cè)程序

3.3.2 電梯意外移動(dòng)保障程序設(shè)計(jì)

在此保護(hù)裝置的軟件系統(tǒng)中，結(jié)合選用的PLC控制器，通過(guò)安裝的激光位移傳感器，對(duì)電梯運(yùn)行到每一層的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到電梯運(yùn)行到某一層的指定位置時(shí)，位移傳感器則發(fā)生相應(yīng)的電信號(hào)，并與預(yù)設(shè)的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，執(zhí)行電梯的減速運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行速度減速至0.1 m/s時(shí)，則認(rèn)為電梯達(dá)到了某一平層區(qū)域，此時(shí)，再次與預(yù)設(shè)值樓層信息進(jìn)行對(duì)比判斷，以此來(lái)確定電梯是否達(dá)到某一層。

4 保護(hù)裝置試驗(yàn)驗(yàn)證

為進(jìn)一步檢測(cè)所設(shè)計(jì)的轎廂意外移動(dòng)檢測(cè)及保護(hù)裝置的有效性及準(zhǔn)確性，將該保護(hù)裝置安裝于多種電梯設(shè)備中，在某小區(qū)內(nèi)電梯井中進(jìn)行了為期2個(gè)月的運(yùn)行試驗(yàn)。運(yùn)行結(jié)果顯示，當(dāng)電梯在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)了制動(dòng)器卡阻、磨損嚴(yán)重現(xiàn)象，該保護(hù)裝置通過(guò)內(nèi)部的檢測(cè)，能在較短時(shí)間范圍內(nèi)執(zhí)行緊急制動(dòng)程序，并讓整個(gè)電梯緩慢地進(jìn)行溜梯操作，在溜梯將近0.25 m的距離后，電梯停止運(yùn)行，并發(fā)出了故障報(bào)警提示。同時(shí)，該保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)層門及轎廂門出現(xiàn)的封接故障的檢測(cè)，并及時(shí)切斷了電梯的控制回路，電梯內(nèi)部發(fā)出了相應(yīng)的報(bào)警提示，維修人員也收到了短信提示。此試驗(yàn)結(jié)果得到了當(dāng)?shù)靥胤N設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)人員的認(rèn)可，有效解決了轎廂的意外移動(dòng)故障現(xiàn)象，提高了電梯的運(yùn)行安全性，驗(yàn)證了此保護(hù)裝置的可靠性及可行性。

5 結(jié)束語(yǔ)

加強(qiáng)對(duì)電梯安全運(yùn)行的有效控制，保證其設(shè)備的運(yùn)行安全，是當(dāng)前電梯企業(yè)考慮的核心問(wèn)題。為此，在分析現(xiàn)有電梯結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)基礎(chǔ)上，針對(duì)電梯出現(xiàn)的轎廂意外移動(dòng)故障原因，從總體方案、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等方面開(kāi)展了檢測(cè)及保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)研究。在對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證后得出，該保護(hù)裝置運(yùn)行良好，檢測(cè)及保護(hù)效果較好，能針對(duì)電梯運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的卡阻、封接等故障現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示，驗(yàn)證了此保護(hù)裝置的可行性，此研究的實(shí)際應(yīng)用及指導(dǎo)意義重大。