佘 昆

0 引言

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)電梯保有量、年產(chǎn)量、年增長(zhǎng)量長(zhǎng)期居于世界首位[1]。據(jù)質(zhì)檢總局給出的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[2]，截至2016年底，我國(guó)電梯總量達(dá)到493.69萬(wàn)臺(tái)，占全國(guó)特種設(shè)備總量的41.24%。伴隨著龐大的基數(shù)，電梯事故數(shù)在特種設(shè)備行業(yè)中占20.6%，共48起，而其中因安全附件或保護(hù)裝置失靈等設(shè)備原因引發(fā)的有13起。由于電梯轎廂意外移動(dòng)而導(dǎo)致的事故往往后果嚴(yán)重、影響惡劣，一直是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。例如，在2015年青島祖孫倆的電梯墜亡案中，由于制動(dòng)器失效使得制動(dòng)力不足以使轎廂保持靜止及制停電梯的低速上行，導(dǎo)致轎廂在對(duì)重的重力作用下向上意外移動(dòng)，最終釀成令人痛心的事故。

因此，加強(qiáng)電梯安全保護(hù)裝置的配備不僅是持續(xù)推動(dòng)特種設(shè)備安全建設(shè)的重要措施之一，更是響應(yīng)新時(shí)代下建設(shè)質(zhì)量強(qiáng)國(guó)的號(hào)召，滿足民眾對(duì)美好生活、安全生活的基本訴求。為此，國(guó)家發(fā)布了《電梯制造與安裝安全規(guī)范第1號(hào)修改單》，明確提出電梯在轎廂意外移動(dòng)時(shí)應(yīng)具有防止該移動(dòng)或使移動(dòng)停止的裝置。針對(duì)該保護(hù)裝置，各電梯企業(yè)、特檢部門(mén)展開(kāi)了一系列的基礎(chǔ)研究和設(shè)備研發(fā)。秦少華和林嘉駿[3]分析了轎廂意外移動(dòng)的原因，將其主要?dú)w結(jié)為電梯抱閘失靈和門(mén)鎖短接。為實(shí)現(xiàn)意外移動(dòng)保護(hù)裝置的保護(hù)功能，佘昆和代清友[4]設(shè)計(jì)了檢測(cè)電路，并對(duì)常見(jiàn)的電路進(jìn)行了缺陷分析，提出了改進(jìn)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(dòng)劃分為三個(gè)階段，并對(duì)意外移動(dòng)的距離進(jìn)行了求解計(jì)算。陳永華[6]從檢驗(yàn)工作的角度出發(fā)，提出對(duì)該保護(hù)裝置的檢驗(yàn)應(yīng)包含制動(dòng)器的動(dòng)作檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)能量的檢測(cè)。這些工作對(duì)保護(hù)裝置的發(fā)展起到了極強(qiáng)的推動(dòng)作用，但目前對(duì)該裝置響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)檢測(cè)的研究鮮有報(bào)道。

由于在檢測(cè)和控制電路的響應(yīng)期間，轎廂是處于加速移動(dòng)狀態(tài)，響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)決定了電梯的最高速度和移動(dòng)距離。因此為使保護(hù)裝置在GB7588-2003第1號(hào)修改單要求的距離內(nèi)制停轎廂，應(yīng)保證檢測(cè)和控制電路的正常運(yùn)行并盡量縮小其響應(yīng)時(shí)間。本文結(jié)合實(shí)際檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，分析了不同繼電器對(duì)檢測(cè)子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的影響，提出了可靠的安全電路方案。

1 UCMP檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

轎廂意外移動(dòng)（Unintended Car Movement，UCM）是指在層門(mén)未被鎖住且轎門(mén)未關(guān)閉的情況下，由于轎廂安全運(yùn)行所依賴的驅(qū)動(dòng)主機(jī)或驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的任何單一元件失效引起轎廂離開(kāi)層站的意外移動(dòng)。轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置（Unintended Car Movement Protection，UCMP）應(yīng)能夠檢測(cè)到轎廂的意外移動(dòng)并將其制停，該裝置一般由三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，具有的功能和功能賴以實(shí)現(xiàn)的元件如圖1所示。

圖1 UCMP系統(tǒng)組成及各子系統(tǒng)功能

根據(jù)GB7588-2003第1號(hào)修改單，該保護(hù)裝置需保證制停轎廂意外移動(dòng)時(shí)轎廂離層站的距離不大于1.20 m，層門(mén)門(mén)楣與轎廂地坎（轎廂意外上行）之間或?qū)娱T(mén)地坎與轎廂門(mén)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(shí)的示意圖，從圖2中可以看到，為實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能采用了四個(gè)感應(yīng)器，當(dāng)轎梁上的感應(yīng)器檢測(cè)到轎廂的意外移動(dòng)即可通過(guò)控制單元發(fā)出指令。良好的檢測(cè)電路是UCMP正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)如圖3所示，KM1、KM2、KM3、KM4為安全繼電器，F(xiàn)ML1、FML2分別為圖2中的上、下門(mén)區(qū)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，用于制停時(shí)，以S01、S02為電路輸出端，達(dá)到短接門(mén)鎖的目的（MSC和JMC分別為層門(mén)和轎門(mén)接觸器常開(kāi)觸點(diǎn)），BZC為抱閘控制接觸器，MC為電梯運(yùn)行接觸器。

圖2 轎廂意外移動(dòng)示意圖

該電路除可實(shí)現(xiàn)電梯轎廂意外保護(hù)，還擁有提前開(kāi)門(mén)和再平層功能。結(jié)合圖2中轎廂的移動(dòng)示意圖，對(duì)該電路的工作原理進(jìn)行闡述：當(dāng)電梯到達(dá)層站時(shí)，四個(gè)感應(yīng)器檢測(cè)到信號(hào)，上、下門(mén)區(qū)感應(yīng)開(kāi)關(guān)FML1、FML2閉合，KM2、KM3通電，KM2-3和KM3-3閉合，與此同時(shí)因轎廂處于門(mén)區(qū)范圍內(nèi)，封門(mén)輸出SY閉合，KM4通電，KM4-2閉合，KM4-2斷開(kāi)，KM1斷電，KM1-4恢復(fù)閉合狀態(tài)，由此S01、S02接通，繼而當(dāng)層門(mén)在開(kāi)著的情況下，若由于控制系統(tǒng)故障或電機(jī)供電故障等導(dǎo)致轎廂意外向下移動(dòng)超過(guò)一定距離，使得FML2離開(kāi)遮光板，則FML2輸出斷開(kāi)，KM3斷開(kāi)，S01、S02輸出斷開(kāi)，加之此時(shí)MSC斷開(kāi)，所以BZC和MC失電，電機(jī)停止運(yùn)行，制動(dòng)器線圈失電，制動(dòng)器動(dòng)作，制停轎廂。

圖3 UCMP檢測(cè)電路及應(yīng)用

2 UCMP檢測(cè)子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間檢測(cè)方法

檢測(cè)子系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間與轎廂在意外移動(dòng)加速階段的速度息息相關(guān)，很大程度上決定了轎廂總的移動(dòng)距離，因此對(duì)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)量有助于分析UCMP的合格與否。

為準(zhǔn)確測(cè)量檢測(cè)子系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，清晰地觀察信號(hào)變化，本文選擇以UTD2052CL數(shù)字儲(chǔ)存示波器來(lái)捕獲和分析系統(tǒng)的觸發(fā)信號(hào)。在搭建測(cè)試電路時(shí)，在圖3的檢測(cè)電路基礎(chǔ)上外加一個(gè)電源開(kāi)關(guān)控制KM1的接通，并且為了方便實(shí)現(xiàn)再平層觸發(fā)信號(hào)的響應(yīng)，實(shí)際檢測(cè)中使用單刀雙擲開(kāi)關(guān)代替上、下門(mén)區(qū)感應(yīng)器，并通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)達(dá)到封門(mén)輸出的目的。值得一提的是，為盡可能真實(shí)地模擬實(shí)際情況下的制動(dòng)響應(yīng)，在檢測(cè)過(guò)程中使用直流接觸器GMD-9，并通過(guò)變壓器和整流器為其供電，由于接觸器兩端電壓較高，在測(cè)量其反應(yīng)時(shí)間時(shí)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(cè)方案示意圖如圖4所示。

圖4 檢測(cè)子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)量方案系統(tǒng)圖

以電梯意外下行為例，介紹響應(yīng)時(shí)間測(cè)量方案：首先，給系統(tǒng)分別接入24 V、110 V的電源，并按圖3所示電路圖對(duì)UCMP板進(jìn)行線路連接；其次，將FML1、FML2及封門(mén)開(kāi)關(guān)置于接通狀態(tài)，以模擬轎廂位于層站的正常狀態(tài)，并將示波器的通道1接入FML2開(kāi)關(guān)后以記錄意外移動(dòng)發(fā)生后檢測(cè)子系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)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(kāi)FML2開(kāi)關(guān)以表明檢測(cè)到轎廂的意外下行，記錄下通道2的信號(hào)波形，作為系統(tǒng)響應(yīng)的結(jié)束。

3 繼電器對(duì)響應(yīng)時(shí)間的影響

為探究安全繼電器對(duì)響應(yīng)時(shí)間的影響，本文對(duì)兩種繼電器品牌搭建的UCMP板分別進(jìn)行了測(cè)試。第一塊UCMP板的KM1選擇OMRON固態(tài)繼電器G7SA-3A3B，其余的選擇G7SA-3A1B、G7SA-4A2B型號(hào)，由于在測(cè)試過(guò)程中，待捕獲的電壓信號(hào)差值較大，若兩通道均選擇直流模式，則導(dǎo)致屏幕信號(hào)分辨能力弱，不利于準(zhǔn)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(jié)果如圖5所示，其中藍(lán)線為通道1采集到的信號(hào)，表明當(dāng)FML2感應(yīng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，由24 V的通電狀態(tài)向斷開(kāi)轉(zhuǎn)變，黃線為通道2采集到的信號(hào)，它的變化時(shí)刻代表接觸器開(kāi)始響應(yīng)，兩信號(hào)變化的時(shí)間間隔10 ms即為檢測(cè)子系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

第二塊UCMP板選擇宏發(fā)繼電器24-3H3DTGF，24-5H1DTG以及24-3H1DTG，測(cè)試結(jié)果如圖6所示，從中可以看到響應(yīng)時(shí)間為16 ms，比第一塊UCMP板的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)了60%，從局部放大的細(xì)節(jié)圖可以看到，在接觸器將要響應(yīng)時(shí)，檢測(cè)電路的安全繼電器存在觸點(diǎn)粘連現(xiàn)象，表現(xiàn)在信號(hào)上呈現(xiàn)出劇烈波動(dòng)的特點(diǎn)，這也解釋了響應(yīng)時(shí)間為什么會(huì)延長(zhǎng)。

圖5 第一塊UCMP板信號(hào)響應(yīng)波形圖

圖6 第二塊UCMP板信號(hào)響應(yīng)波形圖

4 結(jié)論

UCMP裝置可有效防止電梯轎廂的意外移動(dòng)，對(duì)其檢測(cè)子系統(tǒng)進(jìn)行響應(yīng)時(shí)間測(cè)試是判斷UCMP板是否合格的主要措施之一。本文在給出檢測(cè)電路設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試方案，并對(duì)不同型號(hào)繼電器下的時(shí)長(zhǎng)做了對(duì)比分析，認(rèn)為優(yōu)良的繼電器元件是UCMP板正常運(yùn)行的有力保障，可降低事故發(fā)生概率。

參考文獻(xiàn)：

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