肖瑞（重慶市特種設(shè)備檢測(cè)研究院，重慶 北部新區(qū) 401121）

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簡(jiǎn)易升降機(jī)電氣控制系統(tǒng)安全隱患及解決措施

肖瑞（重慶市特種設(shè)備檢測(cè)研究院，重慶 北部新區(qū) 401121）

簡(jiǎn)易升降機(jī)電氣控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性對(duì)升降機(jī)的使用有著十分重要的影響。本文主要從簡(jiǎn)易升降機(jī)的主要特點(diǎn)入手，重點(diǎn)對(duì)簡(jiǎn)易升降機(jī)電氣控制系統(tǒng)安全隱患進(jìn)行分析，并有針對(duì)性的提出來(lái)了一系列改善措施，希望給行業(yè)相關(guān)人士一定的參考和借鑒。

簡(jiǎn)易升降機(jī)；電氣控制系統(tǒng)；安全

1　引言

近年來(lái)，簡(jiǎn)易升降機(jī)在全國(guó)范圍內(nèi)得以普及應(yīng)用。因受到經(jīng)濟(jì)條件制約、廠房結(jié)構(gòu)限制和部分使用場(chǎng)所對(duì)電梯的限制，很多民營(yíng)企業(yè)安裝了相對(duì)簡(jiǎn)易的升降機(jī)。作為簡(jiǎn)易升降機(jī)的重要組成部分，電氣控制系統(tǒng)主要是通過(guò)邏輯控制來(lái)有效實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易升降機(jī)起動(dòng)運(yùn)行、減速、停止、選層、檢修以及保護(hù)等一系列功能。然而在實(shí)際操作過(guò)程中，因簡(jiǎn)易升降機(jī)工作環(huán)境非常惡劣、使用強(qiáng)度大、操作人員和維修人員素質(zhì)以及制造企業(yè)技術(shù)差異等問(wèn)題，導(dǎo)致部分簡(jiǎn)易升降機(jī)產(chǎn)品在電路的安全性和可靠性設(shè)計(jì)等方面存在著一定的漏洞，使得簡(jiǎn)易升降機(jī)的電氣控制系統(tǒng)在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各類故障，誘發(fā)安全事故。

2　簡(jiǎn)易升降機(jī)概念

簡(jiǎn)易升降是以曳引機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、電動(dòng)葫蘆、液壓泵站等作為驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)鋼絲繩、齒輪齒條、鏈條或液壓油缸等部件帶動(dòng)貨廂，在井道內(nèi)沿垂直或與垂直方向傾斜角小于15°的剛性導(dǎo)向裝置運(yùn)行的僅用于運(yùn)載貨物的起重機(jī)械。根據(jù)定義電梯、施工升降機(jī)以及雜物電梯等是不屬于簡(jiǎn)易升降機(jī)范疇的。因簡(jiǎn)易升降機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)貨物的垂直運(yùn)輸，加上具有制造、安裝、使用成本低廉等優(yōu)勢(shì)，使得其具有較為廣闊的市場(chǎng)空間。然而在實(shí)際操作過(guò)程中，簡(jiǎn)易升降機(jī)因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全保護(hù)裝置較少、使用單位保養(yǎng)意識(shí)不足、使用制度不完善等問(wèn)題，導(dǎo)致簡(jiǎn)易升降機(jī)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)帶病作業(yè)、非專業(yè)人員隨意修理甚至違反規(guī)定載人等問(wèn)題的出現(xiàn)，從而引發(fā)安全使用事故。

3　簡(jiǎn)易升降機(jī)電氣控制系統(tǒng)的安全隱患

簡(jiǎn)易升降機(jī)的電氣控制系統(tǒng)主要由主回路、電氣安全回路和控制回路等三部分構(gòu)成。其中，主回路是由總電源接觸器，上、下行接觸器以及錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)等部分構(gòu)成；控制回路依據(jù)核心元器件的不同，可以分為繼電接觸器、單片機(jī)以及可編程邏輯控制器（PLC）等三種形式，并依據(jù)用戶相關(guān)指令的輸入，對(duì)電動(dòng)葫蘆的升降、起停等予以控制；電氣安全回路與控制回路有著密切的關(guān)系，其能夠有效實(shí)現(xiàn)層門聯(lián)鎖以及超速、越程、超載、松繩、防墜落等一系列保護(hù)等一系列保護(hù)功能。

3.1 門鎖回路存在的安全隱患

就目前而言，多數(shù)簡(jiǎn)易升降機(jī)制造廠家在對(duì)電氣安全回路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將門鎖回路設(shè)置成電氣安全回路的子回路，并由各層門安全觸點(diǎn)、門鎖繼電器線圈以及貨廂門安全觸點(diǎn)等串聯(lián)而成。因簡(jiǎn)易升降機(jī)的貨廂門和層門通常設(shè)計(jì)成為手動(dòng)操作方式，所以門鎖回路對(duì)預(yù)防剪切或者墜落事故的出現(xiàn)有著非常重要的保障作用。通常情況下，只有各層門、貨廂門安全觸點(diǎn)閉合且在門鎖繼電器線圈KDL得電之后，簡(jiǎn)易升降機(jī)的貨廂才能夠正常運(yùn)行。

然而在實(shí)際操作過(guò)程中，因門鎖繼電器動(dòng)作過(guò)于頻繁，加上某些廠家生產(chǎn)的繼電器鐵芯剩磁較強(qiáng)，在斷電之后觸點(diǎn)沒(méi)有位，或者遇到機(jī)械卡阻等一系列原因，導(dǎo)致門鎖繼電器出現(xiàn)粘連狀態(tài)，且繼電器粘連極易誘發(fā)開(kāi)門走車狀況，導(dǎo)致人員墜入井道或者直接被剪切，如2014年某企業(yè)的簡(jiǎn)易升降機(jī)發(fā)生一起人員墜落事故。事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)光線比較差，員工在廠房的二樓打開(kāi)簡(jiǎn)易升降機(jī)層門，而實(shí)際上貨廂是在三樓?？康?，當(dāng)員工一腳踏入貨廂時(shí)，便從二樓直接墜落至底坑，造成身上多處摔傷。經(jīng)過(guò)全面的事故調(diào)查顯示，該簡(jiǎn)易升降機(jī)的門鎖繼電器出現(xiàn)粘連情況，導(dǎo)致層門門鎖的嚙合性大大降低。且在事故發(fā)生時(shí)，簡(jiǎn)易升降機(jī)二樓層門門鎖并未予以可靠嚙合，層門能夠打開(kāi)，但因門鎖繼電器出現(xiàn)粘連狀態(tài)，導(dǎo)致二樓層門安全觸點(diǎn)并未閉合，簡(jiǎn)易升降機(jī)仍舊可以正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)對(duì)簡(jiǎn)易升降機(jī)電氣控制系統(tǒng)的電路圖進(jìn)行分析可以看出，其對(duì)繼電器粘連故障并無(wú)有效的監(jiān)測(cè)或防范措施，具有較大的安全隱患。

3.2 控制回路安全隱患

為保障簡(jiǎn)易升降機(jī)的使用安全，其還需要設(shè)置相應(yīng)的超載保護(hù)裝置、停層保護(hù)裝置、防運(yùn)行阻礙保護(hù)裝置以及極限開(kāi)關(guān)和急停開(kāi)關(guān)等，要求一旦出現(xiàn)某種故障可能導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)急停開(kāi)關(guān)或者安全保護(hù)裝置后，能有效切斷電動(dòng)葫蘆的電源，從而使得簡(jiǎn)易升降機(jī)立即停止運(yùn)行。在日常檢驗(yàn)工作中，我們不難發(fā)現(xiàn)，某些廠家生產(chǎn)的PLC型產(chǎn)品或者單片機(jī)型產(chǎn)品，并未使用門鎖繼電器或者安全繼電器直接切斷主回路接觸器的設(shè)計(jì)，存在一定的安全隱患。在如圖1所示的某企業(yè)單片機(jī)型控制回路圖中，啟動(dòng)急停開(kāi)關(guān)或者安全保護(hù)裝置之后，門鎖繼電器KDL線圈或者安全繼電器KRUN就會(huì)出現(xiàn)失電現(xiàn)象，導(dǎo)致觸點(diǎn)KDL或者KRUN斷開(kāi)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，輸出端Y31、Y32及Y33則會(huì)相應(yīng)輸出低電平，導(dǎo)致總電源接觸器KMC、上行接觸器KMU和下行接觸器KMD線圈出現(xiàn)失電現(xiàn)象，從而使得簡(jiǎn)易升降機(jī)的主回路斷開(kāi)，繼而停止運(yùn)行。在整個(gè)操作過(guò)程中，單片機(jī)的檢測(cè)以及輸出控制，是一種能夠間接切斷主回路接觸器的有效途徑。在對(duì)該電路系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一旦單片機(jī)出現(xiàn)故障，使得安全回路無(wú)法得到有效檢測(cè)或者門鎖回路的斷開(kāi)導(dǎo)致低電平低電平無(wú)法輸出時(shí)，都會(huì)誘發(fā)安全事故。2013年某企業(yè)就發(fā)生一起有關(guān)簡(jiǎn)易升降機(jī)急停開(kāi)關(guān)失靈事故，一旦出現(xiàn)問(wèn)題需要立即通知簡(jiǎn)易升降機(jī)制造企業(yè)，并進(jìn)行及時(shí)的檢修和維護(hù)。

圖1　單片機(jī)型控制回路原理圖

4　有效提升簡(jiǎn)易升降機(jī)電氣控制系統(tǒng)安全性能

4.1 防繼電器粘連的改進(jìn)

4.1.1 門鎖繼電器冗余設(shè)計(jì)

為此，我們可以在原有升降機(jī)電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)與原門鎖繼電器KDL并聯(lián)的繼電器KDL2，由兩個(gè)門鎖繼電器對(duì)門鎖回路形成共同監(jiān)測(cè)的局面。此外，繼電器觸點(diǎn)KDL和KDL2分別與主控制器輸入端口進(jìn)行連接，從而對(duì)觸點(diǎn)的開(kāi)閉情況予以監(jiān)測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，在貨廂門打開(kāi)或者有層門以及門鎖回路斷開(kāi)的狀態(tài)下，一旦其中一個(gè)繼電器粘連，而另一個(gè)繼電器的觸點(diǎn)正常斷開(kāi)，氣主回路仍舊能夠?qū)崿F(xiàn)斷電，確保簡(jiǎn)易升降機(jī)開(kāi)門狀態(tài)下無(wú)法正常啟用。同時(shí)，依據(jù)兩個(gè)觸點(diǎn)開(kāi)閉的一致性，主控制器可以對(duì)觸點(diǎn)粘連的情況予以判斷。在實(shí)際操作過(guò)程中，雙門鎖繼電器的門鎖回路仍舊存在兩個(gè)繼電器同時(shí)粘連的危險(xiǎn)，但是出現(xiàn)的概率比較低，大大提升了簡(jiǎn)易升降機(jī)的可靠性和安全性。

4.1.2 監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)

如圖2所示，運(yùn)用主控制器輸入端口Xn對(duì)門鎖回路點(diǎn)K處的電壓實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。在層門以及貨廂門均關(guān)閉的狀態(tài)下，門鎖繼電器線圈得電，門鎖回路實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，此時(shí)，點(diǎn)K處有電壓。在層門或者貨廂門打開(kāi)的狀態(tài)下，門鎖繼電器線圈失電，門鎖回路斷開(kāi)，點(diǎn)K處沒(méi)有電壓。同時(shí)，采用端口Xn+1實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器觸點(diǎn)開(kāi)閉情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。正常情況下，門鎖繼電器線圈供電狀態(tài)應(yīng)該與觸點(diǎn)的開(kāi)閉狀態(tài)達(dá)成統(tǒng)一。一旦出現(xiàn)觸點(diǎn)粘連，即便是線圈實(shí)在失電狀態(tài)下得，觸點(diǎn)也會(huì)出現(xiàn)閉合狀態(tài)，線圈供電情況與觸點(diǎn)開(kāi)閉情況是相互矛盾的。所以，如果主控制器狀態(tài)異常時(shí)，其就會(huì)判斷門鎖繼電器已經(jīng)出現(xiàn)問(wèn)題，從而對(duì)簡(jiǎn)易升降機(jī)的主回路加以切斷。

圖2　具監(jiān)測(cè)功能的門鎖回路

4.2 針對(duì)主控制器故障的相關(guān)改進(jìn)措施

針對(duì)簡(jiǎn)易升降機(jī)電氣系統(tǒng)的控制回路中存在的安全隱患，需要對(duì)門鎖繼電器觸點(diǎn)和原安全繼電器的間接切斷方式加以改變，將主回路接觸器線圈供電改為直接切斷的模式。經(jīng)過(guò)該改進(jìn)后的電路需要實(shí)現(xiàn)以下兩種功能：①在啟用急停開(kāi)關(guān)或者安全保護(hù)裝置之后，不通過(guò)單片機(jī)或者PLC等主控制器直接對(duì)主回路予以切斷；②單片機(jī)或PLC等主控制器能夠門鎖回路及安全回路的通斷予以監(jiān)測(cè)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)檢修和報(bào)警，還能夠?qū)﹂T鎖繼電器粘連情況予以監(jiān)測(cè)。

經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后的電路能夠?qū)㈤T鎖繼電器的觸點(diǎn)KDL、安全繼電器的觸點(diǎn)KRUN與總電源接觸器KMC、上行接觸器KMU及下行接觸器KMD線圈的通電回路相互串聯(lián)，一旦門鎖回路或者安全回路斷開(kāi)，便能夠直接切斷三個(gè)主接觸器線圈的電源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主回路的直接切斷。同時(shí)，對(duì)監(jiān)測(cè)電路予以適當(dāng)增加，在部分節(jié)點(diǎn)處，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸入端口與引線的有效相連，使得單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)門鎖回路及安全回路的通斷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并依據(jù)門鎖回路的通斷情況以及觸點(diǎn)開(kāi)閉狀態(tài)的統(tǒng)一性，對(duì)門鎖繼電器是否出現(xiàn)粘連予以判斷。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的電路大大提升了簡(jiǎn)易升降機(jī)電氣控制系統(tǒng)的安全性，即便是單片機(jī)出現(xiàn)異常，那么只要啟動(dòng)急停開(kāi)關(guān)或者安全保護(hù)裝置，就會(huì)對(duì)主回路予以及時(shí)、可靠切斷，使得簡(jiǎn)易升降機(jī)停止工作。

5　結(jié)束語(yǔ)

總而言之，簡(jiǎn)易升降機(jī)的電氣控制系統(tǒng)有著較高的故障發(fā)生頻率。本文在對(duì)簡(jiǎn)易升降機(jī)日常工作及相關(guān)事故案例進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)電路原理圖的分析，指出了少數(shù)簡(jiǎn)易升降機(jī)存在門鎖回路因門鎖繼電器粘連導(dǎo)致事故發(fā)生以及控制回路因單片機(jī)故障等導(dǎo)致安全回路失靈等一系列安全隱患。針對(duì)第一種情況，我們可以使用雙門鎖繼電器和增加監(jiān)測(cè)電路兩種設(shè)計(jì)方案。針對(duì)第二種情況，我們可以采取對(duì)直接切斷主回路接觸器供電方法，從而較大幅度降低了簡(jiǎn)易升降機(jī)的安全隱患，提高了設(shè)備的安全性和可靠性。

［1］龔徐科，曹光敏，張志堅(jiān)，阮 航.簡(jiǎn)易升降機(jī)能效測(cè)試與對(duì)比分析［J］.機(jī)電工程，2014（11）.

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肖 瑞（1986-），男，漢族，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事起重機(jī)械、廠場(chǎng)內(nèi)機(jī)動(dòng)車輛特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)工作。

TH211+.6

A

2095-2066（2016）07-0240-02

2016-2-21