新型电梯机械式自动门设计分析

2020-12-22张建吴茂森

中国设备工程 2020年23期

张建，吴茂森

（六盘水市特种设备检验所，贵州六盘水 553000）

电梯是高层或超高层建筑常规运输设备，其安全性十分关键，若无法确保运行质量，极易出现坠落事故，威胁人们生命财产安全。新型电梯包含轿厢、轿门、门控系统等结构，其中机械自动门十分重要，直接关系着电梯运行情况。因此，有必要探究机械自动门设计内容，明确设计措施，保障其运行安全性。

1 自动门工作原理及系统组成

机械自动门包含主控制器、感应探测器、动力马达、同步皮带、感应门行进轨道、走轮系统、导向系统等。主控制器是系统最关键区域，通过集成块向马达发送指令，属于“中枢”系统；动力马达为电梯门开关提供动力，控制门扇减速或加速；感应探测器获取外部信号，向主控制器发送信号；同步皮带传输马达动力，带动走轮系统运行；导向系统可以防止电梯门体的不正常摆动。

自动门运行主要依托直流电动机向轿厢提供动力，借助电动机反转和正转形式控制厢门的开闭。建筑每层均具有呼叫按钮，内部也设置了开关控制按钮。借助电机能够带动主动轮对门机完成控制，利用皮带运行主动轮和从动轮，实现电梯水平移动。当轿厢停靠在某一楼层时，门刀会固定在门锁轮两端。开门时借助钢丝绳、门锁控制电梯门开启。因此，电梯门锁可以保障电梯运行安全性。现代电梯机械式自动门主要通过变频器、PLC控制自动开关功能。当感应探测器感受物体移动并进入电梯后，向主控器发送脉冲信号，使其判断并做出反应，控制马达运转形成动力，并向同步带传输，开启电梯门。

2 新型电梯机械式自动门设计内容

2.1 基本设计形式

（1）开关门自动化。当电梯平层时，电梯门可以自动开启，停留5-10 秒无人乘坐则自动关闭。

（2）电气联锁。当轿门和厅门关闭后方可运行电梯，实现二者动作上的连锁。

（3）手动控制。当停层时乘客能借助按钮调整开门、关门的时间和状态。机械式自动门有两种类型，其分别是轿门和厅门，前者安装在轿厢出入位置，后者安装在井道的出入部位。当电梯门开关时，电气系统会控制轿门，由门机提供动力。厅门和轿门同步运行，原因是利用系合系统实现二者关联。新型电梯机械自动门控制系统包含微型机和PLC，并省略继电器。通过高度集成电路简化传统控制电路，完成编程、监控和修改，借助模块化结构方便后续系统维修，提升机械自动门的安全性和灵活性，降低能耗。

2.2 电气控制

新型电梯优化了机械结构功能，因此也需健全自动门电气控制模块。借助图像处理器分析收集到的图像信息，向门控制器发送信号。若处理器输出的信号是X1/X2/X3...电梯会按照优先级保持开门时间，在延长T1/T2/T3...时间后关门，启动语音提示、按钮闪烁、指示灯。若图像处理装置无信号输出，在持续固定时间 tl 后，电梯门会自动关闭。借助模块的输出和输入端，优化厢门机械门锁信号输出与检测功能，使门锁信号归入开关门逻辑和电梯运行系统内。

2.3 控制线路和拖动装置

图 1 机械式自动门控制电路图

电梯机械式自动门中控制线路和拖动装置是关键部分。其中，拖动装置包含直流电阻机、电气线路、分压电阻，可以调整自动门的速度、机电正反转速。比如，若开门和关门继电器分别是JKM、JGM，当电梯关门后会释放JKM 并闭合JGM。同时，分压回路中电阻设为R3 和R1，前者分压属于电气启动阶段工作电压。若电梯自动门持续运行，会降低R3 的分压，使电梯门低速闭合，停止电梯。如果压动LKM 释放JGM，会减少电梯运行速度和分压情况，不仅释放JGM 还会吸合JKM，使关门方向和电机转向相反，闭合JGM，减少速度，当其与平层开关碰撞后停止电梯。在设计机械式自动门时，需要优化控制线路,具体电路图如图1 所示。例如，选择型号是6ES7216PLC 的控制器，输入24，输出16。其中，指示灯、关门继电器JGM、开门继电器JKM 是门控制输出信号。关门按钮、呼叫按钮、开门按钮、位置磁感应开关、楼层选键和安全防夹、极限行程开关属于输入信号。

2.4 安全控制

2.4.1 安全装置

若想加强新型电梯的安全管理，应在建筑中每一层站设置自动层门，确保电梯运行到某一楼层时，其他楼层的层门关闭。例如，当轿厢停靠至特定楼层后，门刀会伴随着轿厢移动夹紧滚轮，连接摆臂和凸轮柄。同时，当轿门接收到开门的信号后，立即做出开门动作，使可动刀片逐渐向固定刀片合拢，开启层门门锁和轿门层门。由于层门前置滚轮内包含复位弹簧，滚轮可以快速封锁层门，确保其迅速复位。若电梯离开此楼层，电梯门持续关闭，防止厅外意外开启。此外，通过在层门位置增加重锤，若其意外开启，其中重锤部分会沿着滑槽发挥重力作用，实现门板闭合，提升电梯运行安全性。

2.4.2 故障检测设计

电梯门系统常见的故障是电梯无法开门和关门，当到达平层位置后不能通过按钮开启和关闭电梯门。因此在设计系统时需要结合常见故障问题优化门连锁情况。通过增加自动门关门动能检测装置，可以检测出电梯关门速度、动能，检测电梯安全功能，及时消除隐患。采集自动电梯门在关闭和开启阶段的实际运行速度，并计算平均速度。获取电梯处于平均速度时的关门动能，及时检测电梯运行故障，提升机械式电梯门运行科学性和安全性。

2.5 逻辑控制

新型电梯控制系统内可以借助PLC 逻辑控制模块代替传统继电器控制形式，能够对电梯开关门进行逻辑控制。应用PLC 控制技术时，控制开关门的关键是保证电路内JGM 和JKM 通电，实现JGM 和JKM 构建互锁保护。为防止电梯门夹伤人员，需自动感应电梯门关闭时的障碍物，及时开启电梯门，提升电梯运行安全性。PLC 内部寄存器包含定时器和呼叫按键，例如M0.0 电梯开门记忆模块、M0.4 运行标志位、T3.3 电梯开门延时转换定时器、T3.4 平层开门延时定时器。当电梯门运行过程中，会结合JKM 和JGM 分时动作形成电梯开门和关门继电器互锁状态。在电梯开关门逻辑线路内设置自动回锁功能，当延迟0.5s 后，借助JKM 接通线路，避免JKM 和JGM 出现过电流问题。

2.6 运行控制

（1）电梯上升控制。在新型电梯上升阶段，若其到达预定楼层时，PLC 会开启拖板装置，使厅门沿着滑道逐渐上升，进而开启预定位置。轿厢门会带动厅门开启，机械系统和PLC 控制其他楼层厅门关闭。同时，电梯上升阶段，托板会运动至挡块部分。若电梯离开某楼层，需确保推板装置按照运行轴旋转，使推板和挡板脱节。电梯厅门因自重作用会下降至初始位置。

（2）电梯下降控制。当电梯下降到特定楼层后，PLC 控制程序会带动机械系统拉丝勾绳设置拉板装置，将楼层厅门带动到预定位置，并保证其他楼层电梯门处于关闭状态。若电梯门持续下行，机械装置中根部轴复位弹簧会控制拉板，使其和钢丝绳钩脱节，电梯厅门会受到自重作用，回落到初始位置，进而关闭厅门。