電梯轎廂意外移動故障分析及保護改進

魏金春

（福建省特種設備檢驗研究院泉州分院，福建泉州 362010）

0 引言

目前，國內的電梯占有量已占全球的90%以上，但電梯在運行過程中，經常會出現超速、低速、層門及轎門無法正常關閉、電梯的控制邏輯誤報等問題，導致電梯處于失控狀態，進而出現了電梯轎廂意外移動的故障現象。此故障現象已成為整個電梯領域無法有效解決的頑疾，電梯事故一旦發生，將會給人員及企業帶來巨大的經濟損失[1]。為此，在電梯的前期設計過程中，針對轎廂的意外移動故障現象，有針對性地設計一套帶有故障監測及保護功能的裝置，成為當前的研究重點。因此，在分析現有轎廂意外移動事故原因的基礎上，采用PLC控制程序，設計了一套帶有檢測及保護功能的裝置，并進行了試驗測試，驗證了此保護裝置的可行性。這對有效解決當前電梯存在的不足，提高電梯的運行安全具有重要意義。

1 現有電梯結構組成分析

目前市場上應用較多的轎廂式電梯結構組成基本相同，包括電動機、制動器、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，主要通過繩頭組合及鋼絲繩纏繞于減速箱上，電機動則主要負責對制動器進行制動操作，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，當轎廂運行停止后，為保證轎廂不會進一步出現移動，可通過安全鉗對轎廂進行二次制動，以保證轎廂處于相對靜止狀態。曳引鋼絲繩是整個電梯中的受力部件，其具有較強的抗拉性能及強度，是保障整個電梯安全運行的前提。曳引式電梯的結構組成如圖1所示。

圖1 曳引式電梯結構組成

2 當前轎廂意外移動故障原因分析

經分析，轎廂的意外移動故障主要包括制動器故障、層門及轎門封接故障、拽引鋼絲繩的磨損嚴重故障、電磁干擾、制動輪閘瓦異常等，下面就典型的故障現象進行分析。

2.1 制動器故障

當電梯到層后，制動系統內部壓縮彈簧自動閉合，通過制動器的卡阻作用使轎廂保持靜止狀態，但實際運行中，經常會出現制動器上復位過程中，其內部的鐵芯與基座或銅套之間出現銷軸轉動不靈活、復位不及時、卡阻等故障現象，壓縮彈簧及拉桿也有變形或失效的情況發生，這導致了制動器無法實現對轎廂的有效靜止制動，出現了轎廂的意外移動現象[3]。另外，制動器中的制動鼓和制動閘皮之間的間隙過大、磨損嚴重、結構老化等現象，也是導致制動器出現故障的重要影響因素。制動器中鐵芯與銅套磨損實物如圖2所示。

圖2 制動器中鐵芯與銅套磨損實物

2.2 層門及轎門無法關閉故障

由于電梯的使用頻率相對較高，電梯中的層門和轎門的開門和關門次數相對較多，導致電梯內部的電氣控制裝置經常出現控制邏輯出故障、安全觸點失效、關門繼電器不工作等故障現象，導致層門和轎門無法執行相關的控制邏輯，也無法準確地對門的開閉狀態進行檢測，出現了層門開啟狀態時，轎廂門也運動的現象，最終使得轎廂出現了意外移動的故障現象[4]。

3 電梯轎廂意外移動保護裝置優化改進設計

3.1 保護裝置總體方案設計

結合電梯轎廂發生意外移動的故障原因分析，有針對性開展了轎廂意外移動檢測及保護裝置的總體方案設計研究。該保護裝置主要包括檢測裝置、控制器、執行機構等組成。檢測裝置中配備了速度及位移傳感器、運行及抱閘接觸器、層門及轎門開關繼電器、緊急制停裝置及復位等檢測儀器；控制器選用了西門子的S3-700型PLC控制器；執行機構中包括了緊急制動裝置、斷電裝置、報警裝置、短信提示等功能配置[5]。此保護裝置中的檢測裝置能對電梯轎廂的運行情況進行實時數據采集，控制器接收了相關采集信號后進行數據的分析、處理、判斷及信號存儲等計算操作，確定電梯的運行情況，并向執行機構發出相應的控制命令。當轎廂出現意外移動故障時，控制器將會給執行機構故障報警提示，執行機構即刻切斷電梯的危險電源，并采取不同等級的安全保護措施，發出聲光報警提示，并向監控平臺及管理人員及時發出短信提示。其結構框架如圖3所示。

圖3 轎廂意外移動檢測及保護裝置總體方案框架

3.2 保護裝置硬件系統分析

3.2.1 PLC的應用選型分析

結合當前該保護裝置的控制性能需求，以及對市場上三菱、西門子等大品牌控制器的對比篩選，選用了市場上成熟的S7-300西門子PLC控制器，以實現對保護裝置低成本的控制。該控制器主要由通訊模塊、數字模塊、CPU、擴展模塊、數字I/O點等組成，包含了221、222、224等多種型號類型，可根據不同的控制需求，選擇不同的信號控制點數。由于此保護裝置涉及運行接觸器、轎門繼電器、光電位移傳感器等組成，且檢測儀器與主板之間的通訊距離相對較短[6]，該控制器具有控制響應迅速、控制精度高、使用壽命長等特點，能較好地滿足電梯中保護裝置的控制需求。

3.2.2 語音報警器模塊

經過市場調研及型號對比，選擇了LMD107型語音報警器模塊。該報警器模塊具有報警聲音響亮、穩定可靠等特點，內部配備了RS485接口，可有效實現電梯中多路故障信號的接收及傳輸，并將相關故障信息進行實時保存。同時，該報警器模塊中設置了多路開關信號端子，當某一信號端子被觸發時，該報警器模塊可及時發出對應信號類型的報警提示，并通過錄音軟件進行錄音。LMD107型語音報警器模塊的實物如圖4所示。

圖4 語音報警器模塊實物

3.3 軟件系統設計分析

3.3.1 電梯門開啟檢測程序設計

結合選用的西門子S7-300型PLC控制器，對電梯門的開啟檢測程序進行了設計。在該程序中，主要由開門繼電器、延時繼電器、層門繼電器、轎門繼電器等組成，延時開門時間設置為0.4 s，當轎門繼電器出現吸合但不斷開現象時，此時轎門則處于封接狀態，語音報警器將發出相應的報警提示，延時0.3 s后，切斷電梯運行的驅動回路。除了使語音報警器發出相應報警提示外，還能及時切斷電梯的驅動電路，保證電梯運行過程的安全。整個電梯門開啟檢測程序如圖5所示。

圖5 電梯門開啟檢測程序

3.3.2 電梯意外移動保障程序設計

在此保護裝置的軟件系統中，結合選用的PLC控制器，通過安裝的激光位移傳感器，對電梯運行到每一層的狀態進行檢測。當檢測到電梯運行到某一層的指定位置時，位移傳感器則發生相應的電信號，并與預設的數值進行對比分析，執行電梯的減速運行，當運行速度減速至0.1 m/s時，則認為電梯達到了某一平層區域，此時，再次與預設值樓層信息進行對比判斷，以此來確定電梯是否達到某一層。

4 保護裝置試驗驗證

為進一步檢測所設計的轎廂意外移動檢測及保護裝置的有效性及準確性，將該保護裝置安裝于多種電梯設備中，在某小區內電梯井中進行了為期2個月的運行試驗。運行結果顯示，當電梯在運行過程中，出現了制動器卡阻、磨損嚴重現象，該保護裝置通過內部的檢測，能在較短時間范圍內執行緊急制動程序，并讓整個電梯緩慢地進行溜梯操作，在溜梯將近0.25 m的距離后，電梯停止運行，并發出了故障報警提示。同時，該保護裝置實現了對層門及轎廂門出現的封接故障的檢測，并及時切斷了電梯的控制回路，電梯內部發出了相應的報警提示，維修人員也收到了短信提示。此試驗結果得到了當地特種設備質量檢測人員的認可，有效解決了轎廂的意外移動故障現象，提高了電梯的運行安全性，驗證了此保護裝置的可靠性及可行性。

5 結束語

加強對電梯安全運行的有效控制，保證其設備的運行安全，是當前電梯企業考慮的核心問題。為此，在分析現有電梯結構組成特點基礎上，針對電梯出現的轎廂意外移動故障原因，從總體方案、硬件系統、軟件系統等方面開展了檢測及保護裝置的設計研究。在對保護裝置進行實際運行驗證后得出，該保護裝置運行良好，檢測及保護效果較好，能針對電梯運行時出現的卡阻、封接等故障現象進行實時檢測，并發出相應的報警提示，驗證了此保護裝置的可行性，此研究的實際應用及指導意義重大。