電梯轎廂意外移動檢測子系統的響應時間檢測研究

佘 昆

0 引言

近年來，隨著社會經濟的快速發展，我國電梯保有量、年產量、年增長量長期居于世界首位[1]。據質檢總局給出的統計數據[2]，截至2016年底，我國電梯總量達到493.69萬臺，占全國特種設備總量的41.24%。伴隨著龐大的基數，電梯事故數在特種設備行業中占20.6%，共48起，而其中因安全附件或保護裝置失靈等設備原因引發的有13起。由于電梯轎廂意外移動而導致的事故往往后果嚴重、影響惡劣，一直是社會關注的焦點。例如，在2015年青島祖孫倆的電梯墜亡案中，由于制動器失效使得制動力不足以使轎廂保持靜止及制停電梯的低速上行，導致轎廂在對重的重力作用下向上意外移動，最終釀成令人痛心的事故。

因此，加強電梯安全保護裝置的配備不僅是持續推動特種設備安全建設的重要措施之一，更是響應新時代下建設質量強國的號召，滿足民眾對美好生活、安全生活的基本訴求。為此，國家發布了《電梯制造與安裝安全規范第1號修改單》，明確提出電梯在轎廂意外移動時應具有防止該移動或使移動停止的裝置。針對該保護裝置，各電梯企業、特檢部門展開了一系列的基礎研究和設備研發。秦少華和林嘉駿[3]分析了轎廂意外移動的原因，將其主要歸結為電梯抱閘失靈和門鎖短接。為實現意外移動保護裝置的保護功能，佘昆和代清友[4]設計了檢測電路，并對常見的電路進行了缺陷分析，提出了改進思路，從而更加有效保證乘客的安全。李樺和聞科偉[5]將轎廂意外移動劃分為三個階段，并對意外移動的距離進行了求解計算。陳永華[6]從檢驗工作的角度出發，提出對該保護裝置的檢驗應包含制動器的動作檢測和驅動能量的檢測。這些工作對保護裝置的發展起到了極強的推動作用，但目前對該裝置響應時長檢測的研究鮮有報道。

由于在檢測和控制電路的響應期間，轎廂是處于加速移動狀態，響應時長決定了電梯的最高速度和移動距離。因此為使保護裝置在GB7588-2003第1號修改單要求的距離內制停轎廂，應保證檢測和控制電路的正常運行并盡量縮小其響應時間。本文結合實際檢驗經驗，分析了不同繼電器對檢測子系統響應時間的影響，提出了可靠的安全電路方案。

1 UCMP檢測電路設計

轎廂意外移動（Unintended Car Movement，UCM）是指在層門未被鎖住且轎門未關閉的情況下，由于轎廂安全運行所依賴的驅動主機或驅動控制系統的任何單一元件失效引起轎廂離開層站的意外移動。轎廂意外移動保護裝置（Unintended Car Movement Protection，UCMP）應能夠檢測到轎廂的意外移動并將其制停，該裝置一般由三個子系統構成，具有的功能和功能賴以實現的元件如圖1所示。

圖1 UCMP系統組成及各子系統功能

根據GB7588-2003第1號修改單，該保護裝置需保證制停轎廂意外移動時轎廂離層站的距離不大于1.20 m，層門門楣與轎廂地坎（轎廂意外上行）之間或層門地坎與轎廂門楣（轎廂意外下行）之間的垂直距離不小于1.00 m，圖2所示是轎廂下行時的示意圖，從圖2中可以看到，為實現保護功能采用了四個感應器，當轎梁上的感應器檢測到轎廂的意外移動即可通過控制單元發出指令。良好的檢測電路是UCMP正常運行的基礎，其設計如圖3所示，KM1、KM2、KM3、KM4為安全繼電器，FML1、FML2分別為圖2中的上、下門區感應開關，用于制停時，以S01、S02為電路輸出端，達到短接門鎖的目的（MSC和JMC分別為層門和轎門接觸器常開觸點），BZC為抱閘控制接觸器，MC為電梯運行接觸器。

圖2 轎廂意外移動示意圖

該電路除可實現電梯轎廂意外保護，還擁有提前開門和再平層功能。結合圖2中轎廂的移動示意圖，對該電路的工作原理進行闡述：當電梯到達層站時，四個感應器檢測到信號，上、下門區感應開關FML1、FML2閉合，KM2、KM3通電，KM2-3和KM3-3閉合，與此同時因轎廂處于門區范圍內，封門輸出SY閉合，KM4通電，KM4-2閉合，KM4-2斷開，KM1斷電，KM1-4恢復閉合狀態，由此S01、S02接通，繼而當層門在開著的情況下，若由于控制系統故障或電機供電故障等導致轎廂意外向下移動超過一定距離，使得FML2離開遮光板，則FML2輸出斷開，KM3斷開，S01、S02輸出斷開，加之此時MSC斷開，所以BZC和MC失電，電機停止運行，制動器線圈失電，制動器動作，制停轎廂。

圖3 UCMP檢測電路及應用

2 UCMP檢測子系統響應時間檢測方法

檢測子系統的響應時間與轎廂在意外移動加速階段的速度息息相關，很大程度上決定了轎廂總的移動距離，因此對響應時間進行測量有助于分析UCMP的合格與否。

為準確測量檢測子系統的響應時間，清晰地觀察信號變化，本文選擇以UTD2052CL數字儲存示波器來捕獲和分析系統的觸發信號。在搭建測試電路時，在圖3的檢測電路基礎上外加一個電源開關控制KM1的接通，并且為了方便實現再平層觸發信號的響應，實際檢測中使用單刀雙擲開關代替上、下門區感應器，并通過手動開關達到封門輸出的目的。值得一提的是，為盡可能真實地模擬實際情況下的制動響應，在檢測過程中使用直流接觸器GMD-9，并通過變壓器和整流器為其供電，由于接觸器兩端電壓較高，在測量其反應時間時選擇日本日置HIOKI 9322差分探頭，并采用輸出有效值整流電壓的RMS模式，整體檢測方案示意圖如圖4所示。

圖4 檢測子系統響應時間測量方案系統圖

以電梯意外下行為例，介紹響應時間測量方案：首先，給系統分別接入24 V、110 V的電源，并按圖3所示電路圖對UCMP板進行線路連接；其次，將FML1、FML2及封門開關置于接通狀態，以模擬轎廂位于層站的正常狀態，并將示波器的通道1接入FML2開關后以記錄意外移動發生后檢測子系統響應時間的起始階段；最后，將示波器的通道2接入接觸器GMD-9兩端，并斷開FML2開關以表明檢測到轎廂的意外下行，記錄下通道2的信號波形，作為系統響應的結束。

3 繼電器對響應時間的影響

為探究安全繼電器對響應時間的影響，本文對兩種繼電器品牌搭建的UCMP板分別進行了測試。第一塊UCMP板的KM1選擇OMRON固態繼電器G7SA-3A3B，其余的選擇G7SA-3A1B、G7SA-4A2B型號，由于在測試過程中，待捕獲的電壓信號差值較大，若兩通道均選擇直流模式，則導致屏幕信號分辨能力弱，不利于準確提取差值，因而本文通道1選擇直流模式，通道2選擇交流模式，結果如圖5所示，其中藍線為通道1采集到的信號，表明當FML2感應開關檢測到信號時，由24 V的通電狀態向斷開轉變，黃線為通道2采集到的信號，它的變化時刻代表接觸器開始響應，兩信號變化的時間間隔10 ms即為檢測子系統的響應時間。

第二塊UCMP板選擇宏發繼電器24-3H3DTGF，24-5H1DTG以及24-3H1DTG，測試結果如圖6所示，從中可以看到響應時間為16 ms，比第一塊UCMP板的響應時間長了60%，從局部放大的細節圖可以看到，在接觸器將要響應時，檢測電路的安全繼電器存在觸點粘連現象，表現在信號上呈現出劇烈波動的特點，這也解釋了響應時間為什么會延長。

圖5 第一塊UCMP板信號響應波形圖

圖6 第二塊UCMP板信號響應波形圖

4 結論

UCMP裝置可有效防止電梯轎廂的意外移動，對其檢測子系統進行響應時間測試是判斷UCMP板是否合格的主要措施之一。本文在給出檢測電路設計思路的基礎上，提出了系統響應時間的測試方案，并對不同型號繼電器下的時長做了對比分析，認為優良的繼電器元件是UCMP板正常運行的有力保障，可降低事故發生概率。

參考文獻：

［1］周振龍，林正，莊偉馨.電梯維保行業存在的問題及對策［J］.中國質量技術監督，2016（09）：58-59.

［2］質檢總局關于2016年全國特種設備安全狀況情況的通報［J］.中國特種設備安全，2017，33（04）：1-5.

［3］秦少華，林嘉駿.電梯轎廂意外移動保護的控制設計［J］.廣船科技，2017，37（02）：37-43.

［4］佘昆，代清友.關于轎廂意外移動保護系統檢測電路的探討 ［J］.機電工程技術，2014，43（08）：127-129.

［5］李樺，聞科偉.關于電梯轎廂意外移動裝置及轎廂意外移動距離的討論［J］.裝備制造技術，2017（07）：172-174.

［6］陳永華.淺談電梯轎廂意外移動保護裝置的要求和檢驗方法［J］.中國設備工程，2017（16）：69-72.