简易升降机电气控制系统安全隐患及解决措施

肖瑞（重庆市特种设备检测研究院，重庆 北部新区 401121）



简易升降机电气控制系统安全隐患及解决措施

肖瑞（重庆市特种设备检测研究院，重庆 北部新区 401121）

简易升降机电气控制系统的安全性和稳定性对升降机的使用有着十分重要的影响。本文主要从简易升降机的主要特点入手，重点对简易升降机电气控制系统安全隐患进行分析，并有针对性的提出来了一系列改善措施，希望给行业相关人士一定的参考和借鉴。

简易升降机；电气控制系统；安全

1　引言

近年来，简易升降机在全国范围内得以普及应用。因受到经济条件制约、厂房结构限制和部分使用场所对电梯的限制，很多民营企业安装了相对简易的升降机。作为简易升降机的重要组成部分，电气控制系统主要是通过逻辑控制来有效实现简易升降机起动运行、减速、停止、选层、检修以及保护等一系列功能。然而在实际操作过程中，因简易升降机工作环境非常恶劣、使用强度大、操作人员和维修人员素质以及制造企业技术差异等问题，导致部分简易升降机产品在电路的安全性和可靠性设计等方面存在着一定的漏洞，使得简易升降机的电气控制系统在使用过程中经常会出现各类故障，诱发安全事故。

2　简易升降机概念

简易升降是以曳引机、卷扬机、电动葫芦、液压泵站等作为驱动装置，通过钢丝绳、齿轮齿条、链条或液压油缸等部件带动货厢，在井道内沿垂直或与垂直方向倾斜角小于15°的刚性导向装置运行的仅用于运载货物的起重机械。根据定义电梯、施工升降机以及杂物电梯等是不属于简易升降机范畴的。因简易升降机能够实现货物的垂直运输，加上具有制造、安装、使用成本低廉等优势，使得其具有较为广阔的市场空间。然而在实际操作过程中，简易升降机因结构简单、安全保护装置较少、使用单位保养意识不足、使用制度不完善等问题，导致简易升降机经常会出现带病作业、非专业人员随意修理甚至违反规定载人等问题的出现，从而引发安全使用事故。

3　简易升降机电气控制系统的安全隐患

简易升降机的电气控制系统主要由主回路、电气安全回路和控制回路等三部分构成。其中，主回路是由总电源接触器，上、下行接触器以及锥形转子电机等部分构成；控制回路依据核心元器件的不同，可以分为继电接触器、单片机以及可编程逻辑控制器（PLC）等三种形式，并依据用户相关指令的输入，对电动葫芦的升降、起停等予以控制；电气安全回路与控制回路有着密切的关系，其能够有效实现层门联锁以及超速、越程、超载、松绳、防坠落等一系列保护等一系列保护功能。

3.1 门锁回路存在的安全隐患

就目前而言，多数简易升降机制造厂家在对电气安全回路进行设计的过程中，将门锁回路设置成电气安全回路的子回路，并由各层门安全触点、门锁继电器线圈以及货厢门安全触点等串联而成。因简易升降机的货厢门和层门通常设计成为手动操作方式，所以门锁回路对预防剪切或者坠落事故的出现有着非常重要的保障作用。通常情况下，只有各层门、货厢门安全触点闭合且在门锁继电器线圈KDL得电之后，简易升降机的货厢才能够正常运行。

然而在实际操作过程中，因门锁继电器动作过于频繁，加上某些厂家生产的继电器铁芯剩磁较强，在断电之后触点没有位，或者遇到机械卡阻等一系列原因，导致门锁继电器出现粘连状态，且继电器粘连极易诱发开门走车状况，导致人员坠入井道或者直接被剪切，如2014年某企业的简易升降机发生一起人员坠落事故。事发现场光线比较差，员工在厂房的二楼打开简易升降机层门，而实际上货厢是在三楼停靠的，当员工一脚踏入货厢时，便从二楼直接坠落至底坑，造成身上多处摔伤。经过全面的事故调查显示，该简易升降机的门锁继电器出现粘连情况，导致层门门锁的啮合性大大降低。且在事故发生时，简易升降机二楼层门门锁并未予以可靠啮合，层门能够打开，但因门锁继电器出现粘连状态，导致二楼层门安全触点并未闭合，简易升降机仍旧可以正常运行。经过对简易升降机电气控制系统的电路图进行分析可以看出，其对继电器粘连故障并无有效的监测或防范措施，具有较大的安全隐患。

3.2 控制回路安全隐患

为保障简易升降机的使用安全，其还需要设置相应的超载保护装置、停层保护装置、防运行阻碍保护装置以及极限开关和急停开关等，要求一旦出现某种故障可能导致危险发生时，启动急停开关或者安全保护装置后，能有效切断电动葫芦的电源，从而使得简易升降机立即停止运行。在日常检验工作中，我们不难发现，某些厂家生产的PLC型产品或者单片机型产品，并未使用门锁继电器或者安全继电器直接切断主回路接触器的设计，存在一定的安全隐患。在如图1所示的某企业单片机型控制回路图中，启动急停开关或者安全保护装置之后，门锁继电器KDL线圈或者安全继电器KRUN就会出现失电现象，导致触点KDL或者KRUN断开。当单片机检测对该信号进行检测时，输出端Y31、Y32及Y33则会相应输出低电平，导致总电源接触器KMC、上行接触器KMU和下行接触器KMD线圈出现失电现象，从而使得简易升降机的主回路断开，继而停止运行。在整个操作过程中，单片机的检测以及输出控制，是一种能够间接切断主回路接触器的有效途径。在对该电路系统进行设计的过程中，一旦单片机出现故障，使得安全回路无法得到有效检测或者门锁回路的断开导致低电平低电平无法输出时，都会诱发安全事故。2013年某企业就发生一起有关简易升降机急停开关失灵事故，一旦出现问题需要立即通知简易升降机制造企业，并进行及时的检修和维护。

图1　单片机型控制回路原理图

4　有效提升简易升降机电气控制系统安全性能

4.1 防继电器粘连的改进

4.1.1 门锁继电器冗余设计

为此，我们可以在原有升降机电气控制系统的基础上，增加一个与原门锁继电器KDL并联的继电器KDL2，由两个门锁继电器对门锁回路形成共同监测的局面。此外，继电器触点KDL和KDL2分别与主控制器输入端口进行连接，从而对触点的开闭情况予以监测。一般来说，在货厢门打开或者有层门以及门锁回路断开的状态下，一旦其中一个继电器粘连，而另一个继电器的触点正常断开，气主回路仍旧能够实现断电，确保简易升降机开门状态下无法正常启用。同时，依据两个触点开闭的一致性，主控制器可以对触点粘连的情况予以判断。在实际操作过程中，双门锁继电器的门锁回路仍旧存在两个继电器同时粘连的危险，但是出现的概率比较低，大大提升了简易升降机的可靠性和安全性。

4.1.2 监测电路设计

如图2所示，运用主控制器输入端口Xn对门锁回路点K处的电压实现监测。在层门以及货厢门均关闭的状态下，门锁继电器线圈得电，门锁回路实现导通，此时，点K处有电压。在层门或者货厢门打开的状态下，门锁继电器线圈失电，门锁回路断开，点K处没有电压。同时，采用端口Xn+1实现对继电器触点开闭情况的实时监测。正常情况下，门锁继电器线圈供电状态应该与触点的开闭状态达成统一。一旦出现触点粘连，即便是线圈实在失电状态下得，触点也会出现闭合状态，线圈供电情况与触点开闭情况是相互矛盾的。所以，如果主控制器状态异常时，其就会判断门锁继电器已经出现问题，从而对简易升降机的主回路加以切断。

图2　具监测功能的门锁回路

4.2 针对主控制器故障的相关改进措施

针对简易升降机电气系统的控制回路中存在的安全隐患，需要对门锁继电器触点和原安全继电器的间接切断方式加以改变，将主回路接触器线圈供电改为直接切断的模式。经过该改进后的电路需要实现以下两种功能：①在启用急停开关或者安全保护装置之后，不通过单片机或者PLC等主控制器直接对主回路予以切断；②单片机或PLC等主控制器能够门锁回路及安全回路的通断予以监测，不仅能够实现及时检修和报警，还能够对门锁继电器粘连情况予以监测。

经过改进之后的电路能够将门锁继电器的触点KDL、安全继电器的触点KRUN与总电源接触器KMC、上行接触器KMU及下行接触器KMD线圈的通电回路相互串联，一旦门锁回路或者安全回路断开，便能够直接切断三个主接触器线圈的电源，从而实现对主回路的直接切断。同时，对监测电路予以适当增加，在部分节点处，实现单片机输入端口与引线的有效相连，使得单片机能够实现对门锁回路及安全回路的通断实时监测，并依据门锁回路的通断情况以及触点开闭状态的统一性，对门锁继电器是否出现粘连予以判断。经过改进后的电路大大提升了简易升降机电气控制系统的安全性，即便是单片机出现异常，那么只要启动急停开关或者安全保护装置，就会对主回路予以及时、可靠切断，使得简易升降机停止工作。

5　结束语

总而言之，简易升降机的电气控制系统有着较高的故障发生频率。本文在对简易升降机日常工作及相关事故案例进行深入分析的基础上，通过对电路原理图的分析，指出了少数简易升降机存在门锁回路因门锁继电器粘连导致事故发生以及控制回路因单片机故障等导致安全回路失灵等一系列安全隐患。针对第一种情况，我们可以使用双门锁继电器和增加监测电路两种设计方案。针对第二种情况，我们可以采取对直接切断主回路接触器供电方法，从而较大幅度降低了简易升降机的安全隐患，提高了设备的安全性和可靠性。

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肖 瑞（1986-），男，汉族，助理工程师，大学本科，主要从事起重机械、厂场内机动车辆特种设备检验检测工作。

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2095-2066（2016）07-0240-02

2016-2-21