在用变频扶梯抱闸控制电路的设计安全隐患

显示全部楼层 · 2024-2-23 08:45:39

上周我司组织XX市电梯维修实操比赛中，某一故障点所表现出来的故障现象，让人着么不透。更让我意外的是，身边没人对此现象提出异议，要么选择性忽视，要么认为这是毫无争议的正常现象。深思熟虑过后，觉得非常有必要表明下自己的看法，如下：抱闸控制电路的触发条件与电机变频启动控制衔接的过程，存在某个设计安全的问题，这往往被电路设计者给忽略。以此文论述自己的观点，并改进设计电路来达到预防安全隐患，甚至提高扶梯安全性能的目的。

如图是某大品牌扶梯（这次比赛用梯）的变频驱动电路，控制电路和制动器控制电路的电气原理接线图，其中10VX，15B，22分别代表变频控制接触器，工作制动器接触器，三角型接触器。11,12是工频上下运行接触器（本文不予考虑）。电梯变频启动时，按照程序设定好的顺序先后动作（只考虑三者的顺序关系）：22三角形接触器先吸合保持动作状态，微机再得到方向运行信号后，10VX变频输出接触器吸合，最后是15B抱闸控制接触器吸合。其中的重点是变频接触器10VX的吸合是在抱闸控制接触器15B的前面吸合动作。这是本文观点的重要依据。

先从程序设计者的角度去理解这个顺序关系：10VX变频输出接触器的动作有效信号在微机上反馈确认后，就已表明了电机处于启动状态和满足启动条件。这与抱闸动作信号没有关系。有人说：“抱闸都没有打开，怎么会满足启动条件呢？”注意，本文一定说的是变频模式下的电机启动条件，根据变频器的输出特性变频器通过改变电压和频率使电机从零速加到额定速度，并可以在零速和额定速度间平滑的转换。这里的“零速”并不代表变频器没有工作输出，在零速启动或零速保持时，电机也是有负载转矩的，即使扶梯处于空载状态（负载为零）也不例外。有负载转矩就有启动预备转矩与之相平衡，即使转矩大小都为零。所以零速启动，首先要使变频器有工作输出信号，也就是变频输出接触器要吸合动作，它是与电机沟通传递力矩的桥梁，以便提供给电机一个预转矩，其触点的状态一定是闭合接通的，即使这个转矩趋近与零。所以10vx变频输出接触器必然在15B抱闸控制接触器之前动作。如果15B在10VX前先动作，电机就处于了失势状态！即使是一瞬间，即使是没有负载，这也是一个危险状态，可能向不安全的趋势发展！打个形象的比方，变频器就好比控制赛马的人，绳子是抱闸制动器。还没起跑，就先把绳子给松完了，如何能安全平稳的起步呢！这两者的逻辑上的先后关系容易混淆，不能搞错。

“既然程序设计顺序上都没有问题，会存在与其电路控制相关的安全隐患吗？”先让读者充分理解这个重要依据，才好深入本质，去发现问题所在。

下面就开始从人为设置的故障断点着手，由浅入深，从电气设计角度分析存在的安全隐患，以及如何去改进避免它。

将控制电路（图二）中直接控制10VX变频输出接触器的线胞的任意一个触点断开，使线胞无法得电动作。“设置这个故障断点，扶梯电动机及其抱闸装置在启动过程中表现出来的现象应该是怎样的呢？”顺着故障点按照电气原理图分析，变频回路由于10VX接触器无法吸合，电机就不会通电，10VX的不吸合信号会反馈至计算机报对应的故障代码并执行保护。于是就无法进行启动程序的后续步骤，15B抱闸接触器就无法动作，抱闸肯定也就无法打开。这符合程序安全设计的逻辑顺序关系，也是故障排查的正确思路。

然而，实际的故障现象却是抱闸线圈得电了，制动器打开之后才报故障停机。依据实际故障现象，同样按照故障排查的分析思路，来缩小故障范围。现象是抱闸可以打开，根据前文的重要依据，可以推断出电机本身一定满足启动条件，只是换了个说法而已。于是，这就变成了一个不正常的故障现象，按这个分析故障现象的思路，10VX接触器的控制线路是不可能一直断开的，这是什么原因呢？难道程序设计的10vx和15B接触器的逻辑先后关系出现了紊乱错误？难道故障断点10vX虚接了信号接通一瞬间使15B动作后，10VX再断开？变频模式下唯一存在的故障断点，就已足够证明，答案是否定的。

问题究竟出在哪呢？接下来，再进一步深入分析问题和现象的实质，帮助读者真正理解。故障断点没有问题，按现象排查故障的思路也没有问题，这个矛盾存在的真正原因主要有两个，第二个原因是最主要的，但须把第一个原因分析透彻：

第一个原因是程序扫描周期长于电气开关（线胞与其触点）的反映时间

假设程序扫描周期是Ts=200毫秒，电气线胞动作时间为Tm=50毫秒，Ts小于Tm，在程序运行的第一个扫描周期内，输出继电器触发10VXA 和15BA先后动作，在第二个扫描周期到来前，15B接触器继电器线胞已经动作了，而在后一个扫描周期10VX未动作的信号才被检测到，之后才触发电机保护停止，这期间制动器线圈就已经动作了。这是从微观角度按程序设计顺序分析的，但从宏观现象来看，逻辑关系却是错误的。（需好好理解，不在进一步解释）

通过缩短采样扫描周期，使周期时间尽可能的小于电气电路开关的反应时间，是可以避免文中故障所产生的奇怪现象的，但这对软硬件有很高的要求，这里也不再做深究。

第二个原因，电气线路设计问题

如果将图三中22三角形接触器的常开触点取消，另外用一个10VX接触器的常开触点来替换，问题就迎刃而解了。这要怎么去理解呢，解铃还须系铃人，替换后就可以通过变频输出接触器本身来实现对抱闸控制器的控制。有点像控制论中负反馈的思想（扯远了），再通俗一些，其实工频启动时电路就是按这么个设计思路。这样设计的目的是，从电气线路本身着手避免抱闸接触器15B先于变频输出接触器10vx动作。如果图中电路按照这样的方式设计，就不会出现奇怪的不正常的故障现象。彻底避免不正常的故障现象的同时故障排查的思路就不会产生歧义。

把第二个问题解决了，即时第一个问题存在，也不会出现抱闸打开的现象。第一个问题存在，第二个问题不解决，文中矛盾现象会依然存在。那么程序扫描周期长于电气开关的反映时间是次要原因，电气线路设计的问题才是主要原因。

三，存在的设计安全隐患（简述）

最后谈谈，安全设计的原则了。我们可以通过故障现象，从侧面反映电梯的安全性能，安全隐患也能从故障现象来分析，前文分析我们知道，在10VX变频输出接触器没有动作的情况下，如果15B接触器先动作使抱闸线圈打开，这就相当于电机脱离变频器的控制，抱闸也没有抱住电机。使其处于不安全的非制动状态，在这个状态下，电机存在不可控制的风险。即使负载为零，即时这个安全隐患仅存在于抱闸打开至释放保护的瞬间。我们也不能忽略它的存在。电气设计的原则就是尽可能的降低所存在的风险，并在设计时尽可能多一道保护。没有绝对的安全，只有相对的安全，安全之行始于设计，其最终目的就是将危险化于无形之中。

作者：龚成，笔者所述难免存在不当之处，如有建议请一定发我邮箱953827847@qq.com，

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