浅论电梯的电气控制结构安全
【摘 要】 电梯是一种由曳引机、对重设备、机房、轿厢、安全保护设备等组成的垂直升降机，其现今已被广泛应用到各类多层建筑领域。电气控制系统是实现电梯正常运行的重要系统之一，其主要由位置显示装置、操作装置、平层装置、控制柜或控制屏、选层器等组成，主要完成对电梯的实时控制与操纵。本文以电梯的电气控制结构安全为研究对象，主要从电器安全与电路安全两个方面展开论述，以期提高我国电梯运行的安全性。
【关键词】 电梯 电气控制系统 安全电器 安全电路
Abstract elevator is a traction machine by, for vertical lift heavy equipment, room, car, safety equipment, etc., which now has been widely applied to various types of multi-layer construction. Electrical control system is an important system to achieve the normal operation of the elevator, which is mainly composed of position display device, operating system, leveling device, a control cabinet or control panel, select the layer and other components, mainly to complete real-time control and manipulation of the elevator. In this paper, the structural safety of the electrical control of the elevator for the study, from the start on the main circuit electrical safety and security aspects, in order to improve the safety of operation of the elevator.
Key words Electric elevator control system safety electrical safety circuit
电梯安全电气控制的核心当属电气安全回路控制，具体包括两大方面：基于安全控制点的安全触点与基于安全电路的电气安全回路控制。此类电路结构可切实提高电梯关键安全控制电器环节的安全性与可靠性。就电梯控制电器结构设计而言，电气安全回路对驱动装置主控电器的控制连接尚存在诸多经程序软件间接连接的设计，其中以电气安全回路的门锁触点为甚。除此以外，部分设计常常通过程序控制器实现门锁触点对驱动装置主控电器的间接控制，而此控制方式易受到意外干扰而承受诸多危险。与此同时，制动器控制电器及驱动装置等关键电器一直是电气安全控制高度关注的故障防护对象，尤其重视对此类关键电器工作有效性的监控。
1 电梯电气控制存在的问题
电梯是一种由机房、曳引机、轿厢、对重设备、安全保护设备等设备组成的垂直升降机。近年来，我国电梯安全事故呈逐年上升趋势。因此加强对电梯运行安全的研究具有现实意义。本文主要从电气控制角度探究电梯运行安全问题，就电梯电器控制系统故障进行讨论。由于电梯电气控制系统故障呈现出显著的多样化特征。对其做出如下归类：
(1)就自动开关门的电梯而言，门动系统的故障通常由各类电气元件的接触点故障所致，具体原因包括电气元件安装调整质量、元器件自身质量或元器件维护保养质量等。(2)就各类触点故障或安全开关故障而言，安全回路故障通常包括误动作故障与事实性故障。(3)控制柜(盒)内继电器故障或接触器故障。(4)各类信号灯故障或指令召唤按钮故障。
总体而言，电梯的电气控制结构安全主要涉及电器安全与电路安全两大方面。下文主要从电器安全与电路安全角度探究电梯的电气控制结构安全。
2 电梯的电气控制结构安全探究
2.1 安全电器探究
电梯的安全控制部位通常设有电气安全装置，其中电气安全装置的各类电气部件皆应符合安全电路与安全触点标准，而我国应用最普遍当属经中继控制电器用电气安全回路来控制电梯驱动主机供电设备。《电梯制造与安装安全规范》(GB7588-2003)(简称《安全规范》)坚持的“尽可能避开非功率原因的中继控制”原则对保障电气安全回路的分断能力至关重要。若中继控制电器对电梯驱动主机进行间接控制，则其通常被看成直接对电梯驱动主机停止与启动设备进行控制。那么，中继控制电器应具备失效保护功能与故障定时检测功能。
电梯设计对《安全规范》的执行通常需以电气常规设计与机械设计为基础，但就电梯电气安全回路中继控制电器而言，多数设计师皆不重视控制对象的电气参数，而在中继控制电器元件的选型方面，普通继电器控制直流电路的选型普遍存在问题，即电气安全回路的中继控制电器为交直流两用继电器时没有把直流负载控制的电路技术参数考虑进去。除此以外，控制电器元件的额定值通常应属控制电阻性负载的额定值，其中电梯电气安全回路中继控制等电感性负载电路的控制能力会因此呈现下降趋势，由此必然致使电器触点产生长时间的烧熔、拉弧或粘连现象。若上述现象出现在电气安全回路中继控制电路方面，其极易导致电气安全回路出现重大安全隐患。
近年来，交流变频技术被逐渐引入电梯门机拖动与电梯主拖动方面，但控制电器设计方面尚存在诸多问题，其中以电动机与变频器间接触器的选型问题为甚。为了提高电梯交流变频控制的安全性，多数设计师会选择把接触器安装到电动机与变频器间，其中此类设计通常以交流工频条件来确定接触器的选型，则此类设计没有考虑变频器输出电流的变流特性(即交流工频至低频直至直流)。因此，此类设计易导致接触点间产生较为严重的拉弧现象，甚至会引起接触器被烧毁等后果。由此可见，电梯设计必须严格执行《安全规范》的有关规定，以确保电梯电气控制结构内电器的安全。
2.2 安全电路探究
针对电梯的安全电路问题，《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》(GB16899-1997)与《电梯制造与安装安全规范》(GB7588-2003)皆有明确规定，但现今我国电梯行业却未完全认识到安全电路的设计、试验、应用、合格评定等对电梯与自动扶梯安全运行的重要性。针对安全触点问题，国际标准主要对其做出如下规定，即动作的可靠性、电气间隙、触点断开后的距离、绝缘电压、爬电距离等，此规定主要从结构方面考虑触点不断开仍能安全运行的情况。电梯安全电路所设计的内容较广泛，本文主要探讨故障组合下的电梯安全问题与监控电路的安全问题。
2.2.1 故障组合下的电梯安全问题
大量研究证实，多数故障并不会致电梯于危险境地，但若不及时制止电梯的继续运行，其必然会引发第二故障，此时电梯易被第一故障与弟二故障的组合致于危险的境地。待电梯出现第一故障后，其运行状态通常被要求在第一故障参与下一操作程序之前停止。若第一故障与电梯运行状态停止之间出现弟二故障，其亦会致电梯于危险的境地，但此问题目前尚无解决方法，本文对此不做过多地阐释。针对故障组合下的电梯安全问题，本文将结合具体案例展开论述。
例如：某个自动扶梯的超速保护装置采用的运行方式为继电器线圈电源由速度传感器切断，而驱动主机电源由继电器触点切断。此电气安全装置检测出自动扶梯因超速而需断开驱动主机电源，此时电气安全装置却出现触点粘连故障。若此故障致使驱动主机电源不能被有效断开，其必然不能有效制止自动扶梯的持续运行，此现象表明电梯已出现危险故障。 为了更加全面地阐释故障组合下的电梯安全问题，本文决定在此案例内增设一个继电器，同时把继电器的触点串联到电气安全装置内。若此电气安全装置检测出自动扶梯因超速而需同时断开两大串联触点来实现驱动主机的电源被切断，此时若某一触点出现粘连故障，另一触点亦可成功切断驱动主机的电源，由此也保障了自动扶梯的运行安全。但若继续运行已无超速故障的自动扶梯，一旦第二触点出现粘连故障，自动扶梯超速问题便可致使驱动主机电源无法有效断开，即此时的故障组合可使自动扶梯处在危险的.境地。由此可见，上述设计方法对安全性的考虑尚不足，即仅增设串联继电器触点根本难以有效解决既有问题，究其原因如下：若第一故障与弟二故障的组合不属危险故障，而第一、二、三故障的组合会致电梯处在危险境地，则电梯必须在第一、二故障参与下一操作程序之前被停止;若故障的数目超过3个，则必须重点考虑安全电路问题。针对此问题，具体的解决方法为：把安全电路设计为一种由若干通道组成的监控电路，其中一个通道主要完成对其他通道相同状态的检查，若检测出通道的状态存有不一致，则必须及时停止电梯的继续运行。
2.2.2 监控电路的安全问题
国家标准认为若想有效规避由故障组合引发的电梯危险，必须增加冗余触点并监控及比较触点的状态。一旦发现某一个或多个触点出现异常，必须立即停止运行状态的电梯;国家标准规定若电梯存有两个通道，必须认真检查监控电路的功能，一旦发现监控电路问题，电梯不得重启;若电路存有三个或以上的通道，国家标准便未对其监控电路的功能做出强制规定。针对如何开展监控的问题，一是增设一个具备监控功能的继电器;二是冗余设计(见图1)。
如图1所示，R1继电器线圈与R2继电器线圈形成2个通道，两者的供电皆受控于超速传感器触点，即超速的自动扶梯可使R1与R2失电，此时两者的触点能把驱动主机的电源切断，此乃冗余设计。R3继电器主要发挥监控功能，启动自动扶梯可使R3线圈通电，同时其闭合的触点可使R1与R2电源被接通，此时动作后的R1与R2可实现自锁和切断R3的电源，进而闭合R3的常闭触点且接通驱动主机的电源。若自动扶梯存在超速现象，且R1与R2的某一触点粘连，那么可直接断开与之对应的常闭触点，同时开始下一次启动，此时R3依然保持失电状态，且自动扶梯也依然不能被启动。若R3的触点粘连，则可断开其常闭触点，此时驱动主机也处在失电状态。此种设计方法完全符合安全电路的有关要求。
针对上述设计方法，其存有一个必备前提，即R1、R2、R3继电器皆应具备机械强制连锁结构，亦或R1、R2、R3继电器皆应满足如下要求：若闭合动断触点的其中之一，剩余动合触点皆应断开或剩余动断触点皆应断开。上述继电器亦被称作安全继电器，其结构允许常闭触电与常开触电不同时闭合，此乃安全继电器被用作硬件监控或自我监控的根本原因。但常用继电器根本不具备上述功能，即若某一常开触点不能断开，其必然会引起剩余常开触点与常闭触点一并闭合。由此可见，以常闭触点监控常开触点的作用根本无意义，则需执行软件监控法。
3 结语
总体而言，目前电梯的电气控制结构呈现出高速发展的趋势，则电梯的电气控制必然朝向多样化、集成化、小型化方向发展。就我国电梯技术而言，电梯的安全性一直倍受社会的关注，而我国电梯电气控制系统的设计技术还不能完全使电梯安全设计与国家标准规定的原则一致。由此可见，加强对电器电气控制结构安全的研究具有现实意义。本文主要从安全电器与安全电路两个方面探究了电梯的电气控制结构安全。研究证实，电梯安全电器的设计必须严格执行《安全规范》的有关规定，方可确保电梯电气控制结构内电器的安全。其次，针对故障组合下的电梯安全问题，本文建议采用如下设计方法：把安全电路设计为一种由若干通道组成的监控电路，其中一个通道完成对其他通道相同状态的检查，若检测出通道的状态存有不一致，则必须及时停止电梯的继续运行。
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