陳建勛，楊寧祥，林曉明，陳達安

（1.廣東省特種設備檢測研究院珠海檢測院，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，作為特種設備的一個大類，其安全性能得到越來越多的重視。制動器是確保電梯正常運行的重要安全部件，且使用頻率最高，作為電梯的“剎車系統(tǒng)”，制動器故障若不及時發(fā)現(xiàn)，電梯繼續(xù)帶病運行，將導致轎廂沖頂、蹲底等事故，嚴重威脅乘客生命財產(chǎn)安全[1-3]。

現(xiàn)行標準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置兩組制動器，通過各自的制動閘瓦與制動輪接觸，實現(xiàn)電梯零速抱閘或緊急減速[4]。制動器故障主要表現(xiàn)為動作異常和制動力不足兩類，其中，動作異常分為打開異常和合閘異常，是最普遍的故障類型。現(xiàn)行特種設備安全技術(shù)規(guī)范TSGT7001《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強制驅(qū)動電梯》第2.8條規(guī)定，應當具有制動器故障保護功能，當監(jiān)測到制動器的提起（或者釋放）失效時，能夠防止電梯的正常啟動。檢驗方法為通過模擬操作檢查制動器故障保護功能[5]。制動器故障保護功能的通用實現(xiàn)方法是通過兩組自監(jiān)測開關(guān)（通常為微動開關(guān)）監(jiān)測制動器打開和合閘的機械過程，發(fā)現(xiàn)動作異常時及時觸發(fā)故障保護機制[6]。自監(jiān)測開關(guān)接線形式不合規(guī)范將導致故障保護功能對特定制動器動作異常監(jiān)測失效，誘發(fā)安全隱患。傳統(tǒng)檢測方法通過參考電梯電氣原理圖在控制柜處查找接線端線號，并使用萬用表等工具對接線類型進行檢測，該方法需頻繁通斷電梯主開關(guān)和拆接線、操作復雜、效率低下，現(xiàn)場檢驗不方便[7]。本文介紹了制動器動作自監(jiān)測原理，分析了自監(jiān)測開關(guān)不同接線形式及對應的隱患，在此基礎(chǔ)上提出了一種新的自監(jiān)測開關(guān)接線形式檢測方法并開發(fā)了對應的檢測裝置。

1 制動器自監(jiān)測原理

當電梯起動時兩組制動器應全部打開，確保主機正常輸出力矩提升轎廂，當?shù)竭_目標層站或遇到特殊情況需緊急制停時，兩組制動器應同時合閘，確保轎廂及時減速停止。以最常用的杠桿鼓式制動器為例，結(jié)構(gòu)如圖1所示，制動器動作原理為：當電梯啟動時電磁鐵線圈得電使鐵心動作，向外推出推桿，推桿使制動臂克服壓縮彈簧作用向外張開，帶動制動襯離開制動輪，電梯得以正常運行；當?shù)秸净蚓o急制停時，電磁鐵線圈失電，制動臂在壓縮彈簧力作用下使制動襯與制動輪接觸，通過摩擦力實現(xiàn)制停，同時推桿被壓回。自監(jiān)測開關(guān)主體固定安裝于曳引機殼體上，其測量頭與電磁鐵鐵心緊密接觸，制動器動作時鐵心運動使測量頭同步微動，自監(jiān)測開關(guān)通斷狀態(tài)發(fā)生變化，并通過接線盒將通斷電信號發(fā)送到電梯控制柜，控制系統(tǒng)通過對比自監(jiān)測開關(guān)狀態(tài)與電梯實際啟停狀態(tài)邏輯對應關(guān)系對制動器動作狀態(tài)進行監(jiān)測，當發(fā)現(xiàn)停梯未合閘或帶閘運行時報故障并阻止電梯再次啟動。

圖1 杠桿鼓式制動器結(jié)構(gòu)圖

電梯設計、維護保養(yǎng)等過程中的不規(guī)范操作都將導致自監(jiān)測功能失效[8-10]，例如，設計人員對檢驗規(guī)程存在片面理解導致電氣原理設計缺陷；安裝人員未按照正確的圖紙進行接線操作；維護保養(yǎng)人員在電梯檢修后未能對制動器自監(jiān)測開關(guān)接線狀態(tài)正確復位。接線形式?jīng)Q定了制動器動作時電梯控制系統(tǒng)接收到的信號類型，正確的接線形式是制動器故障保護功能正常工作的前提。

2 不同接線形式及隱患

自監(jiān)測開關(guān)有常開和常閉（根據(jù)電梯停止時開關(guān)通斷狀態(tài)判斷）兩種接線狀態(tài)，且有獨立信號、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，分別為常開獨立接線、常閉獨立接線、常開并聯(lián)接線、常閉并聯(lián)接線、常開串聯(lián)接線、常閉串聯(lián)接線。其中，KBZ1和KBZ2分別為制動器一和制動器二的自監(jiān)測開關(guān)，通過直流24 V供電提供開關(guān)量監(jiān)控信號。

圖2 六種自監(jiān)測開關(guān)接線形式

常開獨立和常閉獨立接線形式均有兩個控制信號獨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)可對兩個制動器的抱閘與松閘狀態(tài)分別進行確認，而其余4種接線形式均為隱患接線形式[11]。對于常開并聯(lián)接線形式，電梯運行時KBZ1和KBZ2都應閉合，主控板接收高電平信號，若其中一組制動器打開失敗導致KBZ1和KBZ2有一個未閉合時，主控板仍然接收到高電平信號；對于常閉并聯(lián)接線形式，電梯停止時KBZ1和KBZ2都應該閉合，若出現(xiàn)一組制動器合閘失敗導致KBZ1或KBZ2其中一個未閉合時，電梯主控制板仍然接收到高電平信號；對于常開串聯(lián)接線形式，電梯停止時，正常情況下KBZ1和KBZ2都應該斷開，若出現(xiàn)一組制動器合閘失敗導致KBZ1或KBZ2有一個未斷開時，主控板仍然接收到低電平信號；對于常閉串聯(lián)接線形式，電梯運行時，正常情況下KBZ1和KBZ2都應斷開，若出現(xiàn)一組制動器打開失敗導致KBZ1或KBZ2有一個未斷開時，主控板仍然接收到低電平信號。常開并聯(lián)和常閉串聯(lián)接線形式將導致控制系統(tǒng)不能對制動器單邊打開失敗故障進行有效監(jiān)測，導致電梯帶閘運行，加劇制動輪磨損，降低制動力矩，故障若未及時處理將使制動襯或制動輪提前報廢。常閉并聯(lián)和和常開串聯(lián)接線形式將導致控制系統(tǒng)不能對單邊合閘失敗故障進行有效監(jiān)測，導致電梯停止時僅有一個制動器執(zhí)行制動操作，降低了總制動能力，可能導致轎廂意外移動。

3 快速自動檢測方法

3.1 外接檢測開關(guān)設置

外接檢測開關(guān)設置方式如圖3所示，采用3個檢測開關(guān)Ka、Kb1和Kb2對制動器自監(jiān)測開關(guān)輸出信號進行控制，以常開接線形式為例，Kb1與Kb2分別與兩個自監(jiān)測開關(guān)串聯(lián)，Ka與其中一個自監(jiān)測開關(guān)并聯(lián)。對串聯(lián)接線形式的電路進行檢測時，事先不知道兩個自監(jiān)測開關(guān)接至主板的前后循序，故可能存在兩種外接檢測開關(guān)設置方式，即Ka與遠離主控制板的自監(jiān)測開關(guān)并聯(lián)或Ka與接近主控制板的自監(jiān)測開關(guān)并聯(lián)，具體為何種接線方式對判斷過程并無影響。為使外接檢測開關(guān)設置好后不改變電梯原電路邏輯狀態(tài)，Ka默認為常開狀態(tài)，Kb1和Kb2默認為常閉狀態(tài)。

圖3 外接檢測開關(guān)設置方式

3.2 接線形式判斷邏輯

通過設置Ka、Kb1和Kb2通斷狀態(tài)，并測量KBZ1的①、②兩端電壓V12、KBZ2的③、④兩端電壓V34，通過不同檢測開關(guān)通斷狀態(tài)下V12和V34是否為0的邏輯關(guān)系對6種接線形式進行判斷。采用的3種外接檢測開關(guān)通斷狀態(tài)檢測模式分別為：模式一，Ka、Kb1、Kb2均斷開；模式二，Ka斷開、Kb1、Kb2任意一個斷開，另一個閉合；模式三，Ka閉合、Kb1斷開、Kb2斷開。

不同接線形式在3種檢測模式下V12和V34結(jié)果如表1所示。在模式一下，若V12和V34均為0，說明為常開串聯(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，則為常開接線形式，若存在一個為0另一個不為0，則為常閉獨立或常閉串聯(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，若其中一個為0，另一個不為0，則為信號獨立或串聯(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1，一種可行的檢測流程如圖4所示。先采用模式一設置檢測開關(guān)，測量V12和V34，若兩者均為0，則為串聯(lián)接線，否則為獨立或并聯(lián)接線。對于串聯(lián)接線方式，再采用模式二設置檢測開關(guān)，若V12和V34均不為0，則為常開串聯(lián)接線，否則為常閉串聯(lián)接線。對于非串聯(lián)接線方式，則繼續(xù)通過模式二進行檢測，若V12≠0且V34≠0，則為常開獨立或常開并聯(lián)接線，否則為常閉獨立或常閉并聯(lián)接線，對于前者，在模式三下進一步判斷，若V12=0且V34=0，則為常開并聯(lián)接線，否則為常開獨立接線，對于后者，若在模式二下V12=0且V34=0，則為常閉并聯(lián)接線，否則為常閉獨立接線。除圖4所示流程外，測試時也可改變3種通斷模式執(zhí)行順序，達到相同的檢測結(jié)果。

圖4 接線形式的邏輯判斷檢測流程

4 檢測裝置設計

檢測裝置控制模塊原理如圖5所示。外接檢測開關(guān)由3個繼電器輸出端實現(xiàn)，其中OUT1為常開觸點，對應檢測開關(guān)Ka，OUT2和OUT3為常閉觸點，分別對應檢測開關(guān)Kb1和Kb2。自監(jiān)測開關(guān)兩端電壓V12和V34分別由電壓測量通道Vin1和Vin2進行檢測。模塊通訊方式為RS485通訊，模塊供電電壓范圍為DC9～24 V。

圖5 檢測裝置控制模塊原理

檢測裝置硬件外觀如圖6所示，有兩組共6個測試端實現(xiàn)外接檢測開關(guān)不同模式控制和電壓測量，其中3個用于自監(jiān)測開關(guān)一檢測，另外3個用于自監(jiān)測開關(guān)二檢測，實現(xiàn)方式為帶鱷魚夾的三芯同軸信號線。硬件控制模塊外接一RS485/WIFI通信轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)與平板電腦通訊，通過手持式平板電腦實現(xiàn)人機交互，進行檢測過程控制。

圖6 檢測裝置硬件

5 現(xiàn)場測試

使用開發(fā)的裝置對某企業(yè)一貨梯塊式鼓式制動器自監(jiān)測開關(guān)接線形式進行檢測。在電梯機房斷開主開關(guān)，拆開曳引主機上接線盒蓋板，將檢測裝置的兩根三芯測試線分別接至微動開關(guān)一和微動開關(guān)二接線端，打開測試裝置硬件和平板電腦應用程序，實現(xiàn)組網(wǎng)，準備就緒后閉合電梯主開關(guān)，關(guān)閉電梯外呼功能，使其處于停止狀態(tài)。測試時依次選擇3種外接開關(guān)檢測模式，裝置自動控制外接開關(guān)通斷狀態(tài)并記錄V12和V34值，在檢測模式一和檢測模式二下，V12和V34均為23.75 V左右，在檢測模式三下V12近似為0，V34為23.76 V，結(jié)果顯示為“常開獨立接線”，符合制動器故障保護功能的接線要求，V12、V34電壓邏輯與檢測結(jié)果關(guān)系符合表1。

6 結(jié)束語

電梯制動器自監(jiān)測開關(guān)接線類型的判斷是制動器故障保護功能檢測的重要內(nèi)容。根據(jù)開關(guān)開閉狀況、串并聯(lián)接線方式的不同，自監(jiān)測開關(guān)常見接線形式有6種，其中常開獨立或常閉獨立信號接線形式是實現(xiàn)兩組制動器打開、合閘動作故障被獨立監(jiān)測并觸發(fā)制動器故障保護機制的前提。本文提出了3種外接檢測開關(guān)通斷控制模式，通過測量不同模式下自監(jiān)測開關(guān)兩端電壓并根據(jù)電壓邏輯關(guān)系可實現(xiàn)自監(jiān)測開關(guān)接線類型的準確判斷，解決了傳統(tǒng)方法檢測時操作復雜、效率低下的問題。開發(fā)的檢測裝置可實現(xiàn)電梯現(xiàn)場快速檢測，采用的電壓信號被動采集方式不會對電梯控制系統(tǒng)輸出能量，確保了檢測過程安全性。