电梯安全回路失效分析及改进设计

2018-05-07黄华

装备制造技术 2018年2期

黄华

（来宾市特种设备检验所，广西来宾546100）

电梯是在工厂和高层建筑中比较常见的设备，用于运输货物和人员。随着科技的发展，电梯产品所融入的附加功能（比如：刷卡系统、停电自动平层救援装置等）也不断增多，电梯安全回路系统也变得更加复杂。电路元件增多也会增加电梯运行故障的风险。对电梯安全回路进行必要的监控，会提高电梯运行的安全性。

1 电梯安全回路构成及作用

电梯安全回路（如图1）也被称之为保护线路，包括开关、继电器、触点等一系列装置串联而成。安全回路导通，电梯才能运行。安全回路主要包括以下安全保护装置：

（1）上行超速保护开关，电梯向上运行超速时开关动作，断开安全回路，制停电梯实现保护；

（2）限速器开关，如果电梯出现超速运行的情况，限速器的离心锤触发电气开关动作，在断开开关时安全回路断开，抱闸闭合，电梯停止继续下行或上行；

（3）安全钳开关，当安全钳动作机械制停轿厢的同时，安全钳开关断开，安全回路断开，电梯停止运行；

（4）紧急出口开关，是设置在轿厢顶部的安全窗或者轿厢侧面的安全门上，紧急出口启动时，会打开紧急出口断开，也就是继电器失效，这时的电梯会停止运行；

（5）紧急停止开关，在电梯出现意外故障、失控时，手动按下急停开关，能够紧急停止电梯运行；

（6）极限开关，如果电梯运行到行程上端或下端未能正常停止，轿厢撞弓会触碰极限开关，安全回路断开，电梯停止。极限开关动作后，电梯不能自动恢复运行[1]；

（7）张紧轮轮开关，当限速器钢丝绳断裂或者过分伸长时，张紧轮开关动作，安全回路断开导致电梯停止运行；

（8）缓冲器开关，当轿厢蹲底或者冲顶时轿厢下梁或者对重触碰缓冲器开关动作，安全回路断开，电梯停止；

（9）门锁开关，层门及轿门关门到位，机械锁钩啮合达到至少7 mm时，门锁开关接通，电梯才可以运行。

由此可见，各个安全部件对整个电梯运行起到了保护作用。在安全回路运行过程中，其内部任何一个装置、部位出现故障问题都会造成安全回路继电器断开，快速控制电梯制动。所以，安全回路在电梯运行过程中有着极其重要的作用。通常电梯回路中包含的安全装置越多，其安全回路等级就越高，同时内部结构也变得愈加复杂，并且故障率也随着元件的增加而递增。回路图如图1所示。

图1 一种电梯安全回路图

2 安全回路失效分析

从多年的工作经验总结发现，安全回路失效原因主要为：

（1）安全开关故障。安全回路中的安全保护装置触点锈蚀粘连，导致安全开关机械装置动作但触点未断开，从而造成安全回路形成一直保持接通的状态。因为电梯底坑容易渗水积水，潮湿的环境容易导致安全开关锈蚀失效，所以底坑的急停开关、极限开关、缓冲器开关、张紧轮开关故障失效比较常见，这类故障虽然不会影响电梯的正常运行，但是埋下了安全隐患[2]。

（2）人为因素导致的安全回路失效。由于安全回路中某安全装置故障断路，人为将安全开关短接，使其保持接通。因为电梯的层门以及轿门经常打开和关闭，开关容易出现故障，人为短接门锁开关回路造成的安全回路失效比较常见。短接门锁开关会造成电梯在门在打开状态下运行，极其容易导致剪切事故。最为危险的是人为将安全回路的所有开关短接，即把整个电梯安全回路短接，导致各个安全开关都失效，电梯失去了电气安全保护。另外，施工单位未严格按照图纸接线或者电梯制造单位设计缺陷原因也会导致安全回路失效。

图2为接线有缺陷的安全回路。图中KRJ为快车热保护继电器，MRJ为慢车热保护继电器，AK为轿厢急停开关，DTK为轿顶急停开关，CK为安全窗开关，QK为安全钳开关，ZXK为张紧轮开关，BCL为盘车轮开关，JSQ上行超速保护开关，XSK1、XSK2为限速器开关，KTK为底坑急停开关，XWJ为相序继电器，SC为上行主接触器，XC为下行主接触器，MC为慢车主接触器，KC为快车主接触器，LB为抱闸线圈，MSJ、MSJ1为门锁继电器，YJ为安全继电器，1MSK、2MSK、n-1MSK、nMSK、QMK 为层门和轿门电气联锁触点。施工人员未将A25端子按照厂家电气系统原理图与接地端子PE连接；门锁继电器MSJ和MSJ1的线圈两端未按照厂家电气系统原理图并联续流二极管。由于A25端子未接地（PE）保护，当A16端子线路发生第一次对地短接故障时，110VDC电源回路不会构成短路大电流，自动断路装置不能切除故障回路电源；在这种情况下，如果A16端子至A30端子之间的线路发生二次对地短接故障，其相关门锁触点便相当于被短接，当A14端子至A30端子之间的线路发生二次对地短接故障时，相当于所有门锁触点被短接，安全回路失效，门锁继电器MSJ和MSJ1吸合，电梯可以开门运行，造成事故。

图2 有缺陷的安全回路

3 防止电梯安全回路失效的设计

对安全开关缺乏日常检查，是导致触点锈蚀粘连失效的主要原因之一。按照《特种设备安全法》以及《电梯维护保养规则》的要求，维保人员应每十五天对电梯进行一次维护保养。如果电梯相关单位建立相关管理制度，加强对安全回路保护装置检查的，可大大降低安全保护装置的锈蚀失效。

在主板设计中增加电阻值检测装置，对安全回路中的各个安全保护装置的进行监控，实时监测安全回路中的电阻值，将监测的电阻值与设计值进行对比，判断安全回路是否失效，进而控制电梯运行。监测控制原理图如图3所示。如果监测到电阻值与设计值相符或者在允许的误差范围内时，才能够认为安全回路为有效通路，并由控制主板控制继电器吸合控制电梯运行。如果安全回路在出现了短接情况或开关问题，其监测电阻值为零或无穷大，则偏离了设计值，也就是证明安全回路出现了故障问题，继电器无法正常动作闭合，电梯就会停止运行。这种方法能够对整个回路或某一个安全开关出现短接状况时进行快速反应，再加上主板和安全回路相连接，可以直接控制继电器，降低安全触点发生粘连导致事故的概率，也能够防止人为因素导致安全回路短路失效等问题，从而提高安全性。

图3 安全回路电阻监测控制工作原理图

引入计算机控制技术，实现安全回路失效故障保护。将计算机系统与整个安全回路系统相连接，通过计算机接口进行编程输入，在电脑串行通讯接口中串入安全回路的保护装置，使每个安全保护装置都有一个地址编码，这样通过计算机即可实时显示各个安全装置的运行信息，也就是实现在线监控形式，如果安全回路的安全开关出现故障，整个系统会发出故障警报，电梯停止运行。