基于電梯安全回路的分析及故障措施

陳玉杰 許迪斐

摘要：隨著我國高層建筑的數量越來越多，電梯就成為了這些高層建筑中必備的交通工具，其運行的安全性是人們在使用電梯的過程中關注的焦點。電梯的安全運行靠的是由一系列的安全機械部件及其相應的電氣安全開關實現的。當電梯發生各種意外情況時能保證機快速反應實現機械電氣聯動安全保護。而電氣方面保護主要是由電梯的安全回路來保障。經調查表明電梯發生的故障中50%以上發生在安全回路上。所以其重要性一直備受關注。

關鍵詞：電梯；安全回路；電壓負反饋

0 引言

安全回路是電梯控制系統中最簡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繼電器串接一系列安全保護元件（開關或觸點等）組成，包括斷相、錯相保護，電機過載熱保護，安全鉗觸點，限速器觸點，限速器斷繩觸點，安全窗觸點，緩沖器觸點，轎頂、底坑和機房的停止開關等等；有的電梯還將轎門和廳門的連鎖觸點也一并接入安全回路。這些開關和觸點中只要有一個斷開，安全繼電器即失電釋放，其常開觸點就斷開電梯的控制回路，從而使電梯立即停止運行。現在還有很多一部分電梯，安全回路中不用繼電器，直接將各安全開關和觸點串聯起來接入控制板，在控制板上有安全電路的指示燈來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進行分析，同時說明查找故障的一般方式。詳細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

電梯用得最多最常見的一種安全回路（如圖1）。從圖可以看出安全回路是由各種安全開關串聯組成的。其中包括靜態開關組和動態開關組。靜態開關組與動態開關組也是串聯的，由同一個供電電源進行供電。其中靜態開關組主要包括各種檢測開關如：上下極限開關，機房急停開關，限速器開關，底坑急停開關，轎頂急停開關，轎廂急停開關；這類開關在正常的使用過程中是閉合的。只有當緊急情況下此類開關才動作以保障轎廂內人員安全。而動態開關組包括：轎門鎖開關，廳門鎖開關。此類開關在正常運行時既要頻繁通斷又要在緊急情況時能及時斷開保證安全。而在安全回路的末端是驅動電梯的運行接觸器。保證此接觸器動作的可靠性至關重要。

2 安全回路的分析

第一，電梯靜態開關組廣泛分布于從機房到井道到底坑甚至還有轎廂，整個回路較長；再加上動態回路，和樓層高度的增加。一個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度。

眾所周知，電流流經傳輸導線時會產生電壓降，而傳輸導線上的電壓降常常被忽視。如果回路需要經過150米導線向運行接觸器供電，接觸器所需電流為1A。按照"線徑電流對照表"，一般選擇0.75mm2線徑的導線

但是，根據導線截面積設計式 S=IL/（54.4U） （式中S-導線設計的截面積。I導線通過的最大電流。U-導線允許的壓降。L導線長度）可以知道，長度150m、線徑0.75mm2的導線上流過4A電流時，會產生4.90V的電壓降這意味著從電源輸出的DC48V電壓到達導線末端的運行接觸器時只有DC43.09V。再加上溫度因素，冬天導線的電阻率也會隨著溫度的下降導致線路總回路電阻增大，回路末端的壓降更明顯。（圖1）所示為國外研究機構對直徑1mm2的導線線長與壓降關系曲線）這對于普通接觸器來說這是無法承受的。

第二，電梯的安全回路開關有一部分是動態開關組，開關經常閉合和斷開。觸點非常容易氧化打火花。尤其這類動態開關都在轎廳門聯動的門機械組件上。而廳轎門聯動在開關接觸到位時動作會放慢速度，而開關接觸得越慢其開關打火花的程度就越厲害。所以使用時間越長動態開關的觸點的電阻越大。導致總安全回路的總電阻會進一步增大。以上因素造成實際測量的安全回路末端電壓只有DC39-40V。

根據低壓開關設備和控制設備國標GB14048.1-2006中，第4.5.1節所規定：控制電源電壓值不應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法吸合造成故障。

上述這些因素產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。為提高運行接觸器動作的可靠性，廠家一般都使用安全繼電器作為運行接觸器輔助觸點。或者增加安全回路的線徑解決上述問題。

3 安全回路典型故障分析

這里以電梯停止不能運行為例，進行分析。

分析：因為電梯不運行跟很多因素有關，當然因為安全回路的可能最多，故首先要檢查安全回路的狀態。因安全回路最后是接到控制板上，所以可以通過觀察控制板上的/ES燈來看出安全回路是否有電，燈滅（正常狀態）可以排除安全回路的問題，燈亮則認為是安全回路斷開所致。出現后一種情況，則需要找到具體是哪個開關出現異常，此時由于ERO（緊急運行開關）可以短接部分井道開關回路，所以不妨通過打機房檢修（ERO）來，當機房檢修（ERO）打到檢修位置時控制板燈熄滅，說明被ERO短接的部分電路出現故障，就可以將故障范圍縮小，從而利用分析電路的辦法來確定具體的故障的位置，最終解決。如控制板燈在打ERO后還是點亮，說明故障在ERO短接的線路以外，從而縮小范圍可以得到排除。

進一步：當然很多情況出現安全回路燈滅（正常），而電梯仍然不運行，很多情況是門鎖回路造成，就需要進一步對門回路分析檢查，圖1紅色框線部分是門鎖回路電路：

其中DS1、DS2…是各廳門的開關，GS是轎門開關，通過串接各個開關，將門回路接回/DW端口，此時可用同樣的方法觀察燈的狀態判斷是否是門鎖回路斷開，如果回路斷開，可以用萬用表檢查各門開關的狀態，從而最終確定故障所在。

這里判斷門開關故障還有一些小的技巧，可以幫助迅速鎖定故障，即出現門鎖回路不通電時應：

（1）首先重點懷疑電梯停止層的門鎖是否故障。

（2）詢問是否有三角鑰匙打開過層門，在廳外用三角鑰匙重新開關一下廳門。

（3）如果不是以上兩個問題則可以在控制柜分別短接廳門鎖和廳門鎖，分出是廳門部分還是轎門部分故障，如是廳門部分故障，確保檢修狀態下，短接廳門鎖回路，以檢修速度運行電梯，逐層檢查每道廳門聯鎖接觸情況。需要注意的是，在修復門鎖回路故障后，一定要先取掉門鎖短接線，方能將電梯恢復到快車狀態。

（4）在需要用萬用表逐點查找故障的情況下，可以考慮采用折半查找法，即先從中間測量，這樣可以判斷是前半還是后半問題，然后繼續下去對存在問題的部分繼續折半查找，這樣可以大大縮短查找時間。

4 安全回路改進的設想

據實際維修統計，電梯安全回路的故障（包括門鎖回路）故障占電梯故障的大部分，每次出現故障都需要維修人員按照以上方法查看電梯電路圖，使用萬用表檢測故障點。因為安全回路串聯開關多，所以每次檢修都需要花費很多時間和精力來處理相同類型的問題，個人想法是能不能對安全回路進行改進，讓每次維修時故障更容易查找。以下是我對安全回路改進的一些設想。

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，同時在板卡上設置不同的DIP開關來標識各自獨立的地址。然后在需要連接安全回路的地方分別安裝串行板卡，將安裝開關進線接入到附近的串行板卡編了號的端口上，最后通過串行線把電梯每個部分的每個串行板接入機房微機端口中，通過微機的程序讀取每個板卡的每個端子的信號，然后采用軟件的方式做邏輯運算。用邏輯運算的結果來使能電梯運行，這樣如果電梯在某個安全條件斷開情況下，就能通過微機迅速找到故障點的位置，對安全回路的檢修縮短了時間。同時如果在成本允許的情況下，還可以在機房安裝人機界面，實現電梯故障診斷的智能化。

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

使用引入電壓負反饋作為安全回路的電梯廠家，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行，又節省了成本很值得推廣。

參考文獻：

[1]邱關源《電路》高等教育出版社（第四版）

[2]董平《電子電路原理》機械工業出版社

[3]國標《低壓開關設備和控制設備》GB14048.1-2006

[4]姚融融，等.電梯原理及邏輯排故[M].西安：西安電子科技大學出版，2005.