電梯制動(dòng)器自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)接線形式的快速自動(dòng)檢測(cè)*

陳建勛，楊寧祥，林曉明，陳達(dá)安

（1.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院珠海檢測(cè)院，廣東珠海 519002；2.珠海市安粵科技有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

電梯已日益成為人們出行不可或缺的垂直交通工具，作為特種設(shè)備的一個(gè)大類，其安全性能得到越來(lái)越多的重視。制動(dòng)器是確保電梯正常運(yùn)行的重要安全部件，且使用頻率最高，作為電梯的“剎車系統(tǒng)”，制動(dòng)器故障若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，電梯繼續(xù)帶病運(yùn)行，將導(dǎo)致轎廂沖頂、蹲底等事故，嚴(yán)重威脅乘客生命財(cái)產(chǎn)安全[1-3]。

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全技術(shù)規(guī)范》要求新安裝的電梯設(shè)置兩組制動(dòng)器，通過(guò)各自的制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)輪接觸，實(shí)現(xiàn)電梯零速抱閘或緊急減速[4]。制動(dòng)器故障主要表現(xiàn)為動(dòng)作異常和制動(dòng)力不足兩類，其中，動(dòng)作異常分為打開(kāi)異常和合閘異常，是最普遍的故障類型。現(xiàn)行特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSGT7001《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》第2.8條規(guī)定，應(yīng)當(dāng)具有制動(dòng)器故障保護(hù)功能，當(dāng)監(jiān)測(cè)到制動(dòng)器的提起（或者釋放）失效時(shí)，能夠防止電梯的正常啟動(dòng)。檢驗(yàn)方法為通過(guò)模擬操作檢查制動(dòng)器故障保護(hù)功能[5]。制動(dòng)器故障保護(hù)功能的通用實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)兩組自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)（通常為微動(dòng)開(kāi)關(guān)）監(jiān)測(cè)制動(dòng)器打開(kāi)和合閘的機(jī)械過(guò)程，發(fā)現(xiàn)動(dòng)作異常時(shí)及時(shí)觸發(fā)故障保護(hù)機(jī)制[6]。自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)接線形式不合規(guī)范將導(dǎo)致故障保護(hù)功能對(duì)特定制動(dòng)器動(dòng)作異常監(jiān)測(cè)失效，誘發(fā)安全隱患。傳統(tǒng)檢測(cè)方法通過(guò)參考電梯電氣原理圖在控制柜處查找接線端線號(hào)，并使用萬(wàn)用表等工具對(duì)接線類型進(jìn)行檢測(cè)，該方法需頻繁通斷電梯主開(kāi)關(guān)和拆接線、操作復(fù)雜、效率低下，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)不方便[7]。本文介紹了制動(dòng)器動(dòng)作自監(jiān)測(cè)原理，分析了自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)不同接線形式及對(duì)應(yīng)的隱患，在此基礎(chǔ)上提出了一種新的自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)接線形式檢測(cè)方法并開(kāi)發(fā)了對(duì)應(yīng)的檢測(cè)裝置。

1 制動(dòng)器自監(jiān)測(cè)原理

當(dāng)電梯起動(dòng)時(shí)兩組制動(dòng)器應(yīng)全部打開(kāi)，確保主機(jī)正常輸出力矩提升轎廂，當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)層站或遇到特殊情況需緊急制停時(shí)，兩組制動(dòng)器應(yīng)同時(shí)合閘，確保轎廂及時(shí)減速停止。以最常用的杠桿鼓式制動(dòng)器為例，結(jié)構(gòu)如圖1所示，制動(dòng)器動(dòng)作原理為：當(dāng)電梯啟動(dòng)時(shí)電磁鐵線圈得電使鐵心動(dòng)作，向外推出推桿，推桿使制動(dòng)臂克服壓縮彈簧作用向外張開(kāi)，帶動(dòng)制動(dòng)襯離開(kāi)制動(dòng)輪，電梯得以正常運(yùn)行；當(dāng)?shù)秸净蚓o急制停時(shí)，電磁鐵線圈失電，制動(dòng)臂在壓縮彈簧力作用下使制動(dòng)襯與制動(dòng)輪接觸，通過(guò)摩擦力實(shí)現(xiàn)制停，同時(shí)推桿被壓回。自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)主體固定安裝于曳引機(jī)殼體上，其測(cè)量頭與電磁鐵鐵心緊密接觸，制動(dòng)器動(dòng)作時(shí)鐵心運(yùn)動(dòng)使測(cè)量頭同步微動(dòng)，自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)發(fā)生變化，并通過(guò)接線盒將通斷電信號(hào)發(fā)送到電梯控制柜，控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)比自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)與電梯實(shí)際啟停狀態(tài)邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)制動(dòng)器動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)停梯未合閘或帶閘運(yùn)行時(shí)報(bào)故障并阻止電梯再次啟動(dòng)。

圖1 杠桿鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖

電梯設(shè)計(jì)、維護(hù)保養(yǎng)等過(guò)程中的不規(guī)范操作都將導(dǎo)致自監(jiān)測(cè)功能失效[8-10]，例如，設(shè)計(jì)人員對(duì)檢驗(yàn)規(guī)程存在片面理解導(dǎo)致電氣原理設(shè)計(jì)缺陷；安裝人員未按照正確的圖紙進(jìn)行接線操作；維護(hù)保養(yǎng)人員在電梯檢修后未能對(duì)制動(dòng)器自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)接線狀態(tài)正確復(fù)位。接線形式?jīng)Q定了制動(dòng)器動(dòng)作時(shí)電梯控制系統(tǒng)接收到的信號(hào)類型，正確的接線形式是制動(dòng)器故障保護(hù)功能正常工作的前提。

2 不同接線形式及隱患

自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)有常開(kāi)和常閉（根據(jù)電梯停止時(shí)開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)判斷）兩種接線狀態(tài)，且有獨(dú)立信號(hào)、串聯(lián)、并聯(lián)3種接線方式，組合后將有6組不同接線形式，如圖2所示，分別為常開(kāi)獨(dú)立接線、常閉獨(dú)立接線、常開(kāi)并聯(lián)接線、常閉并聯(lián)接線、常開(kāi)串聯(lián)接線、常閉串聯(lián)接線。其中，KBZ1和KBZ2分別為制動(dòng)器一和制動(dòng)器二的自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)，通過(guò)直流24 V供電提供開(kāi)關(guān)量監(jiān)控信號(hào)。

圖2 六種自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)接線形式

常開(kāi)獨(dú)立和常閉獨(dú)立接線形式均有兩個(gè)控制信號(hào)獨(dú)立接至電梯主控制板，為符合要求的正常接線形式，在這兩種接線形式下控制系統(tǒng)可對(duì)兩個(gè)制動(dòng)器的抱閘與松閘狀態(tài)分別進(jìn)行確認(rèn)，而其余4種接線形式均為隱患接線形式[11]。對(duì)于常開(kāi)并聯(lián)接線形式，電梯運(yùn)行時(shí)KBZ1和KBZ2都應(yīng)閉合，主控板接收高電平信號(hào)，若其中一組制動(dòng)器打開(kāi)失敗導(dǎo)致KBZ1和KBZ2有一個(gè)未閉合時(shí)，主控板仍然接收到高電平信號(hào)；對(duì)于常閉并聯(lián)接線形式，電梯停止時(shí)KBZ1和KBZ2都應(yīng)該閉合，若出現(xiàn)一組制動(dòng)器合閘失敗導(dǎo)致KBZ1或KBZ2其中一個(gè)未閉合時(shí)，電梯主控制板仍然接收到高電平信號(hào)；對(duì)于常開(kāi)串聯(lián)接線形式，電梯停止時(shí)，正常情況下KBZ1和KBZ2都應(yīng)該斷開(kāi)，若出現(xiàn)一組制動(dòng)器合閘失敗導(dǎo)致KBZ1或KBZ2有一個(gè)未斷開(kāi)時(shí)，主控板仍然接收到低電平信號(hào)；對(duì)于常閉串聯(lián)接線形式，電梯運(yùn)行時(shí)，正常情況下KBZ1和KBZ2都應(yīng)斷開(kāi)，若出現(xiàn)一組制動(dòng)器打開(kāi)失敗導(dǎo)致KBZ1或KBZ2有一個(gè)未斷開(kāi)時(shí)，主控板仍然接收到低電平信號(hào)。常開(kāi)并聯(lián)和常閉串聯(lián)接線形式將導(dǎo)致控制系統(tǒng)不能對(duì)制動(dòng)器單邊打開(kāi)失敗故障進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致電梯帶閘運(yùn)行，加劇制動(dòng)輪磨損，降低制動(dòng)力矩，故障若未及時(shí)處理將使制動(dòng)襯或制動(dòng)輪提前報(bào)廢。常閉并聯(lián)和和常開(kāi)串聯(lián)接線形式將導(dǎo)致控制系統(tǒng)不能對(duì)單邊合閘失敗故障進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致電梯停止時(shí)僅有一個(gè)制動(dòng)器執(zhí)行制動(dòng)操作，降低了總制動(dòng)能力，可能導(dǎo)致轎廂意外移動(dòng)。

3 快速自動(dòng)檢測(cè)方法

3.1 外接檢測(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)置

外接檢測(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)置方式如圖3所示，采用3個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)Ka、Kb1和Kb2對(duì)制動(dòng)器自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)進(jìn)行控制，以常開(kāi)接線形式為例，Kb1與Kb2分別與兩個(gè)自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)串聯(lián)，Ka與其中一個(gè)自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)。對(duì)串聯(lián)接線形式的電路進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，事先不知道兩個(gè)自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)接至主板的前后循序，故可能存在兩種外接檢測(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)置方式，即Ka與遠(yuǎn)離主控制板的自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)或Ka與接近主控制板的自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)，具體為何種接線方式對(duì)判斷過(guò)程并無(wú)影響。為使外接檢測(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)置好后不改變電梯原電路邏輯狀態(tài)，Ka默認(rèn)為常開(kāi)狀態(tài)，Kb1和Kb2默認(rèn)為常閉狀態(tài)。

圖3 外接檢測(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)置方式

3.2 接線形式判斷邏輯

通過(guò)設(shè)置Ka、Kb1和Kb2通斷狀態(tài)，并測(cè)量KBZ1的①、②兩端電壓V12、KBZ2的③、④兩端電壓V34，通過(guò)不同檢測(cè)開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)下V12和V34是否為0的邏輯關(guān)系對(duì)6種接線形式進(jìn)行判斷。采用的3種外接檢測(cè)開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)檢測(cè)模式分別為：模式一，Ka、Kb1、Kb2均斷開(kāi)；模式二，Ka斷開(kāi)、Kb1、Kb2任意一個(gè)斷開(kāi)，另一個(gè)閉合；模式三，Ka閉合、Kb1斷開(kāi)、Kb2斷開(kāi)。

不同接線形式在3種檢測(cè)模式下V12和V34結(jié)果如表1所示。在模式一下，若V12和V34均為0，說(shuō)明為常開(kāi)串聯(lián)或常閉串聯(lián)接線形式，若均不等于0，則為其余4種接線形式。在模式二下，若V12和V34均不為0，則為常開(kāi)接線形式，若存在一個(gè)為0另一個(gè)不為0，則為常閉獨(dú)立或常閉串聯(lián)接線形式，若V12和V34均為0，則為常閉并聯(lián)接線形式。在模式三下，若V12和V34均為0，則為并聯(lián)接線形式，若其中一個(gè)為0，另一個(gè)不為0，則為信號(hào)獨(dú)立或串聯(lián)接線形式。

表1 不同接線形式在不同模式下電壓結(jié)果

根據(jù)表1，一種可行的檢測(cè)流程如圖4所示。先采用模式一設(shè)置檢測(cè)開(kāi)關(guān)，測(cè)量V12和V34，若兩者均為0，則為串聯(lián)接線，否則為獨(dú)立或并聯(lián)接線。對(duì)于串聯(lián)接線方式，再采用模式二設(shè)置檢測(cè)開(kāi)關(guān)，若V12和V34均不為0，則為常開(kāi)串聯(lián)接線，否則為常閉串聯(lián)接線。對(duì)于非串聯(lián)接線方式，則繼續(xù)通過(guò)模式二進(jìn)行檢測(cè)，若V12≠0且V34≠0，則為常開(kāi)獨(dú)立或常開(kāi)并聯(lián)接線，否則為常閉獨(dú)立或常閉并聯(lián)接線，對(duì)于前者，在模式三下進(jìn)一步判斷，若V12=0且V34=0，則為常開(kāi)并聯(lián)接線，否則為常開(kāi)獨(dú)立接線，對(duì)于后者，若在模式二下V12=0且V34=0，則為常閉并聯(lián)接線，否則為常閉獨(dú)立接線。除圖4所示流程外，測(cè)試時(shí)也可改變3種通斷模式執(zhí)行順序，達(dá)到相同的檢測(cè)結(jié)果。

圖4 接線形式的邏輯判斷檢測(cè)流程

4 檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

檢測(cè)裝置控制模塊原理如圖5所示。外接檢測(cè)開(kāi)關(guān)由3個(gè)繼電器輸出端實(shí)現(xiàn)，其中OUT1為常開(kāi)觸點(diǎn)，對(duì)應(yīng)檢測(cè)開(kāi)關(guān)Ka，OUT2和OUT3為常閉觸點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)檢測(cè)開(kāi)關(guān)Kb1和Kb2。自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)兩端電壓V12和V34分別由電壓測(cè)量通道Vin1和Vin2進(jìn)行檢測(cè)。模塊通訊方式為RS485通訊，模塊供電電壓范圍為DC9～24 V。

圖5 檢測(cè)裝置控制模塊原理

檢測(cè)裝置硬件外觀如圖6所示，有兩組共6個(gè)測(cè)試端實(shí)現(xiàn)外接檢測(cè)開(kāi)關(guān)不同模式控制和電壓測(cè)量，其中3個(gè)用于自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)一檢測(cè)，另外3個(gè)用于自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)二檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)方式為帶鱷魚(yú)夾的三芯同軸信號(hào)線。硬件控制模塊外接一RS485/WIFI通信轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)與平板電腦通訊，通過(guò)手持式平板電腦實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程控制。

圖6 檢測(cè)裝置硬件

5 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

使用開(kāi)發(fā)的裝置對(duì)某企業(yè)一貨梯塊式鼓式制動(dòng)器自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)接線形式進(jìn)行檢測(cè)。在電梯機(jī)房斷開(kāi)主開(kāi)關(guān)，拆開(kāi)曳引主機(jī)上接線盒蓋板，將檢測(cè)裝置的兩根三芯測(cè)試線分別接至微動(dòng)開(kāi)關(guān)一和微動(dòng)開(kāi)關(guān)二接線端，打開(kāi)測(cè)試裝置硬件和平板電腦應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，準(zhǔn)備就緒后閉合電梯主開(kāi)關(guān)，關(guān)閉電梯外呼功能，使其處于停止?fàn)顟B(tài)。測(cè)試時(shí)依次選擇3種外接開(kāi)關(guān)檢測(cè)模式，裝置自動(dòng)控制外接開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)并記錄V12和V34值，在檢測(cè)模式一和檢測(cè)模式二下，V12和V34均為23.75 V左右，在檢測(cè)模式三下V12近似為0，V34為23.76 V，結(jié)果顯示為“常開(kāi)獨(dú)立接線”，符合制動(dòng)器故障保護(hù)功能的接線要求，V12、V34電壓邏輯與檢測(cè)結(jié)果關(guān)系符合表1。

6 結(jié)束語(yǔ)

電梯制動(dòng)器自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)接線類型的判斷是制動(dòng)器故障保護(hù)功能檢測(cè)的重要內(nèi)容。根據(jù)開(kāi)關(guān)開(kāi)閉狀況、串并聯(lián)接線方式的不同，自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)常見(jiàn)接線形式有6種，其中常開(kāi)獨(dú)立或常閉獨(dú)立信號(hào)接線形式是實(shí)現(xiàn)兩組制動(dòng)器打開(kāi)、合閘動(dòng)作故障被獨(dú)立監(jiān)測(cè)并觸發(fā)制動(dòng)器故障保護(hù)機(jī)制的前提。本文提出了3種外接檢測(cè)開(kāi)關(guān)通斷控制模式，通過(guò)測(cè)量不同模式下自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)兩端電壓并根據(jù)電壓邏輯關(guān)系可實(shí)現(xiàn)自監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)接線類型的準(zhǔn)確判斷，解決了傳統(tǒng)方法檢測(cè)時(shí)操作復(fù)雜、效率低下的問(wèn)題。開(kāi)發(fā)的檢測(cè)裝置可實(shí)現(xiàn)電梯現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，采用的電壓信號(hào)被動(dòng)采集方式不會(huì)對(duì)電梯控制系統(tǒng)輸出能量，確保了檢測(cè)過(guò)程安全性。