电梯轿厢意外移动故障分析及保护改进

魏金春

（福建省特种设备检验研究院泉州分院，福建泉州 362010）

0 引言

目前，国内的电梯占有量已占全球的90%以上，但电梯在运行过程中，经常会出现超速、低速、层门及轿门无法正常关闭、电梯的控制逻辑误报等问题，导致电梯处于失控状态，进而出现了电梯轿厢意外移动的故障现象。此故障现象已成为整个电梯领域无法有效解决的顽疾，电梯事故一旦发生，将会给人员及企业带来巨大的经济损失[1]。为此，在电梯的前期设计过程中，针对轿厢的意外移动故障现象，有针对性地设计一套带有故障监测及保护功能的装置，成为当前的研究重点。因此，在分析现有轿厢意外移动事故原因的基础上，采用PLC控制程序，设计了一套带有检测及保护功能的装置，并进行了试验测试，验证了此保护装置的可行性。这对有效解决当前电梯存在的不足，提高电梯的运行安全具有重要意义。

1 现有电梯结构组成分析

目前市场上应用较多的轿厢式电梯结构组成基本相同，包括电动机、制动器、减速箱、曳引钢丝绳、安全钳、轿厢、配重等部件，轿厢主要用于载人或载货，主要通过绳头组合及钢丝绳缠绕于减速箱上，电机动则主要负责对制动器进行制动操作，配重主要用于平衡轿厢的重量[2]。安全钳是电梯上的核心部件，可安装在轿厢或配重块上，当轿厢运行停止后，为保证轿厢不会进一步出现移动，可通过安全钳对轿厢进行二次制动，以保证轿厢处于相对静止状态。曳引钢丝绳是整个电梯中的受力部件，其具有较强的抗拉性能及强度，是保障整个电梯安全运行的前提。曳引式电梯的结构组成如图1所示。

图1 曳引式电梯结构组成

2 当前轿厢意外移动故障原因分析

经分析，轿厢的意外移动故障主要包括制动器故障、层门及轿门封接故障、拽引钢丝绳的磨损严重故障、电磁干扰、制动轮闸瓦异常等，下面就典型的故障现象进行分析。

2.1 制动器故障

当电梯到层后，制动系统内部压缩弹簧自动闭合，通过制动器的卡阻作用使轿厢保持静止状态，但实际运行中，经常会出现制动器上复位过程中，其内部的铁芯与基座或铜套之间出现销轴转动不灵活、复位不及时、卡阻等故障现象，压缩弹簧及拉杆也有变形或失效的情况发生，这导致了制动器无法实现对轿厢的有效静止制动，出现了轿厢的意外移动现象[3]。另外，制动器中的制动鼓和制动闸皮之间的间隙过大、磨损严重、结构老化等现象，也是导致制动器出现故障的重要影响因素。制动器中铁芯与铜套磨损实物如图2所示。

图2 制动器中铁芯与铜套磨损实物

2.2 层门及轿门无法关闭故障

由于电梯的使用频率相对较高，电梯中的层门和轿门的开门和关门次数相对较多，导致电梯内部的电气控制装置经常出现控制逻辑出故障、安全触点失效、关门继电器不工作等故障现象，导致层门和轿门无法执行相关的控制逻辑，也无法准确地对门的开闭状态进行检测，出现了层门开启状态时，轿厢门也运动的现象，最终使得轿厢出现了意外移动的故障现象[4]。

3 电梯轿厢意外移动保护装置优化改进设计

3.1 保护装置总体方案设计

结合电梯轿厢发生意外移动的故障原因分析，有针对性开展了轿厢意外移动检测及保护装置的总体方案设计研究。该保护装置主要包括检测装置、控制器、执行机构等组成。检测装置中配备了速度及位移传感器、运行及抱闸接触器、层门及轿门开关继电器、紧急制停装置及复位等检测仪器；控制器选用了西门子的S3-700型PLC控制器；执行机构中包括了紧急制动装置、断电装置、报警装置、短信提示等功能配置[5]。此保护装置中的检测装置能对电梯轿厢的运行情况进行实时数据采集，控制器接收了相关采集信号后进行数据的分析、处理、判断及信号存储等计算操作，确定电梯的运行情况，并向执行机构发出相应的控制命令。当轿厢出现意外移动故障时，控制器将会给执行机构故障报警提示，执行机构即刻切断电梯的危险电源，并采取不同等级的安全保护措施，发出声光报警提示，并向监控平台及管理人员及时发出短信提示。其结构框架如图3所示。

图3 轿厢意外移动检测及保护装置总体方案框架

3.2 保护装置硬件系统分析

3.2.1 PLC的应用选型分析

结合当前该保护装置的控制性能需求，以及对市场上三菱、西门子等大品牌控制器的对比筛选，选用了市场上成熟的S7-300西门子PLC控制器，以实现对保护装置低成本的控制。该控制器主要由通讯模块、数字模块、CPU、扩展模块、数字I/O点等组成，包含了221、222、224等多种型号类型，可根据不同的控制需求，选择不同的信号控制点数。由于此保护装置涉及运行接触器、轿门继电器、光电位移传感器等组成，且检测仪器与主板之间的通讯距离相对较短[6]，该控制器具有控制响应迅速、控制精度高、使用寿命长等特点，能较好地满足电梯中保护装置的控制需求。

3.2.2 语音报警器模块

经过市场调研及型号对比，选择了LMD107型语音报警器模块。该报警器模块具有报警声音响亮、稳定可靠等特点，内部配备了RS485接口，可有效实现电梯中多路故障信号的接收及传输，并将相关故障信息进行实时保存。同时，该报警器模块中设置了多路开关信号端子，当某一信号端子被触发时，该报警器模块可及时发出对应信号类型的报警提示，并通过录音软件进行录音。LMD107型语音报警器模块的实物如图4所示。

图4 语音报警器模块实物

3.3 软件系统设计分析

3.3.1 电梯门开启检测程序设计

结合选用的西门子S7-300型PLC控制器，对电梯门的开启检测程序进行了设计。在该程序中，主要由开门继电器、延时继电器、层门继电器、轿门继电器等组成，延时开门时间设置为0.4 s，当轿门继电器出现吸合但不断开现象时，此时轿门则处于封接状态，语音报警器将发出相应的报警提示，延时0.3 s后，切断电梯运行的驱动回路。除了使语音报警器发出相应报警提示外，还能及时切断电梯的驱动电路，保证电梯运行过程的安全。整个电梯门开启检测程序如图5所示。

图5 电梯门开启检测程序

3.3.2 电梯意外移动保障程序设计

在此保护装置的软件系统中，结合选用的PLC控制器，通过安装的激光位移传感器，对电梯运行到每一层的状态进行检测。当检测到电梯运行到某一层的指定位置时，位移传感器则发生相应的电信号，并与预设的数值进行对比分析，执行电梯的减速运行，当运行速度减速至0.1 m/s时，则认为电梯达到了某一平层区域，此时，再次与预设值楼层信息进行对比判断，以此来确定电梯是否达到某一层。

4 保护装置试验验证

为进一步检测所设计的轿厢意外移动检测及保护装置的有效性及准确性，将该保护装置安装于多种电梯设备中，在某小区内电梯井中进行了为期2个月的运行试验。运行结果显示，当电梯在运行过程中，出现了制动器卡阻、磨损严重现象，该保护装置通过内部的检测，能在较短时间范围内执行紧急制动程序，并让整个电梯缓慢地进行溜梯操作，在溜梯将近0.25 m的距离后，电梯停止运行，并发出了故障报警提示。同时，该保护装置实现了对层门及轿厢门出现的封接故障的检测，并及时切断了电梯的控制回路，电梯内部发出了相应的报警提示，维修人员也收到了短信提示。此试验结果得到了当地特种设备质量检测人员的认可，有效解决了轿厢的意外移动故障现象，提高了电梯的运行安全性，验证了此保护装置的可靠性及可行性。

5 结束语

加强对电梯安全运行的有效控制，保证其设备的运行安全，是当前电梯企业考虑的核心问题。为此，在分析现有电梯结构组成特点基础上，针对电梯出现的轿厢意外移动故障原因，从总体方案、硬件系统、软件系统等方面开展了检测及保护装置的设计研究。在对保护装置进行实际运行验证后得出，该保护装置运行良好，检测及保护效果较好，能针对电梯运行时出现的卡阻、封接等故障现象进行实时检测，并发出相应的报警提示，验证了此保护装置的可行性，此研究的实际应用及指导意义重大。