簡易升降機電氣控制系統安全隱患及解決措施

肖瑞（重慶市特種設備檢測研究院，重慶 北部新區 401121）

?

簡易升降機電氣控制系統安全隱患及解決措施

肖瑞（重慶市特種設備檢測研究院，重慶 北部新區 401121）

簡易升降機電氣控制系統的安全性和穩定性對升降機的使用有著十分重要的影響。本文主要從簡易升降機的主要特點入手，重點對簡易升降機電氣控制系統安全隱患進行分析，并有針對性的提出來了一系列改善措施，希望給行業相關人士一定的參考和借鑒。

簡易升降機；電氣控制系統；安全

1　引言

近年來，簡易升降機在全國范圍內得以普及應用。因受到經濟條件制約、廠房結構限制和部分使用場所對電梯的限制，很多民營企業安裝了相對簡易的升降機。作為簡易升降機的重要組成部分，電氣控制系統主要是通過邏輯控制來有效實現簡易升降機起動運行、減速、停止、選層、檢修以及保護等一系列功能。然而在實際操作過程中，因簡易升降機工作環境非常惡劣、使用強度大、操作人員和維修人員素質以及制造企業技術差異等問題，導致部分簡易升降機產品在電路的安全性和可靠性設計等方面存在著一定的漏洞，使得簡易升降機的電氣控制系統在使用過程中經常會出現各類故障，誘發安全事故。

2　簡易升降機概念

簡易升降是以曳引機、卷揚機、電動葫蘆、液壓泵站等作為驅動裝置，通過鋼絲繩、齒輪齒條、鏈條或液壓油缸等部件帶動貨廂，在井道內沿垂直或與垂直方向傾斜角小于15°的剛性導向裝置運行的僅用于運載貨物的起重機械。根據定義電梯、施工升降機以及雜物電梯等是不屬于簡易升降機范疇的。因簡易升降機能夠實現貨物的垂直運輸，加上具有制造、安裝、使用成本低廉等優勢，使得其具有較為廣闊的市場空間。然而在實際操作過程中，簡易升降機因結構簡單、安全保護裝置較少、使用單位保養意識不足、使用制度不完善等問題，導致簡易升降機經常會出現帶病作業、非專業人員隨意修理甚至違反規定載人等問題的出現，從而引發安全使用事故。

3　簡易升降機電氣控制系統的安全隱患

簡易升降機的電氣控制系統主要由主回路、電氣安全回路和控制回路等三部分構成。其中，主回路是由總電源接觸器，上、下行接觸器以及錐形轉子電機等部分構成；控制回路依據核心元器件的不同，可以分為繼電接觸器、單片機以及可編程邏輯控制器（PLC）等三種形式，并依據用戶相關指令的輸入，對電動葫蘆的升降、起停等予以控制；電氣安全回路與控制回路有著密切的關系，其能夠有效實現層門聯鎖以及超速、越程、超載、松繩、防墜落等一系列保護等一系列保護功能。

3.1 門鎖回路存在的安全隱患

就目前而言，多數簡易升降機制造廠家在對電氣安全回路進行設計的過程中，將門鎖回路設置成電氣安全回路的子回路，并由各層門安全觸點、門鎖繼電器線圈以及貨廂門安全觸點等串聯而成。因簡易升降機的貨廂門和層門通常設計成為手動操作方式，所以門鎖回路對預防剪切或者墜落事故的出現有著非常重要的保障作用。通常情況下，只有各層門、貨廂門安全觸點閉合且在門鎖繼電器線圈KDL得電之后，簡易升降機的貨廂才能夠正常運行。

然而在實際操作過程中，因門鎖繼電器動作過于頻繁，加上某些廠家生產的繼電器鐵芯剩磁較強，在斷電之后觸點沒有位，或者遇到機械卡阻等一系列原因，導致門鎖繼電器出現粘連狀態，且繼電器粘連極易誘發開門走車狀況，導致人員墜入井道或者直接被剪切，如2014年某企業的簡易升降機發生一起人員墜落事故。事發現場光線比較差，員工在廠房的二樓打開簡易升降機層門，而實際上貨廂是在三樓停靠的，當員工一腳踏入貨廂時，便從二樓直接墜落至底坑，造成身上多處摔傷。經過全面的事故調查顯示，該簡易升降機的門鎖繼電器出現粘連情況，導致層門門鎖的嚙合性大大降低。且在事故發生時，簡易升降機二樓層門門鎖并未予以可靠嚙合，層門能夠打開，但因門鎖繼電器出現粘連狀態，導致二樓層門安全觸點并未閉合，簡易升降機仍舊可以正常運行。經過對簡易升降機電氣控制系統的電路圖進行分析可以看出，其對繼電器粘連故障并無有效的監測或防范措施，具有較大的安全隱患。

3.2 控制回路安全隱患

為保障簡易升降機的使用安全，其還需要設置相應的超載保護裝置、停層保護裝置、防運行阻礙保護裝置以及極限開關和急停開關等，要求一旦出現某種故障可能導致危險發生時，啟動急停開關或者安全保護裝置后，能有效切斷電動葫蘆的電源，從而使得簡易升降機立即停止運行。在日常檢驗工作中，我們不難發現，某些廠家生產的PLC型產品或者單片機型產品，并未使用門鎖繼電器或者安全繼電器直接切斷主回路接觸器的設計，存在一定的安全隱患。在如圖1所示的某企業單片機型控制回路圖中，啟動急停開關或者安全保護裝置之后，門鎖繼電器KDL線圈或者安全繼電器KRUN就會出現失電現象，導致觸點KDL或者KRUN斷開。當單片機檢測對該信號進行檢測時，輸出端Y31、Y32及Y33則會相應輸出低電平，導致總電源接觸器KMC、上行接觸器KMU和下行接觸器KMD線圈出現失電現象，從而使得簡易升降機的主回路斷開，繼而停止運行。在整個操作過程中，單片機的檢測以及輸出控制，是一種能夠間接切斷主回路接觸器的有效途徑。在對該電路系統進行設計的過程中，一旦單片機出現故障，使得安全回路無法得到有效檢測或者門鎖回路的斷開導致低電平低電平無法輸出時，都會誘發安全事故。2013年某企業就發生一起有關簡易升降機急停開關失靈事故，一旦出現問題需要立即通知簡易升降機制造企業，并進行及時的檢修和維護。

圖1　單片機型控制回路原理圖

4　有效提升簡易升降機電氣控制系統安全性能

4.1 防繼電器粘連的改進

4.1.1 門鎖繼電器冗余設計

為此，我們可以在原有升降機電氣控制系統的基礎上，增加一個與原門鎖繼電器KDL并聯的繼電器KDL2，由兩個門鎖繼電器對門鎖回路形成共同監測的局面。此外，繼電器觸點KDL和KDL2分別與主控制器輸入端口進行連接，從而對觸點的開閉情況予以監測。一般來說，在貨廂門打開或者有層門以及門鎖回路斷開的狀態下，一旦其中一個繼電器粘連，而另一個繼電器的觸點正常斷開，氣主回路仍舊能夠實現斷電，確保簡易升降機開門狀態下無法正常啟用。同時，依據兩個觸點開閉的一致性，主控制器可以對觸點粘連的情況予以判斷。在實際操作過程中，雙門鎖繼電器的門鎖回路仍舊存在兩個繼電器同時粘連的危險，但是出現的概率比較低，大大提升了簡易升降機的可靠性和安全性。

4.1.2 監測電路設計

如圖2所示，運用主控制器輸入端口Xn對門鎖回路點K處的電壓實現監測。在層門以及貨廂門均關閉的狀態下，門鎖繼電器線圈得電，門鎖回路實現導通，此時，點K處有電壓。在層門或者貨廂門打開的狀態下，門鎖繼電器線圈失電，門鎖回路斷開，點K處沒有電壓。同時，采用端口Xn+1實現對繼電器觸點開閉情況的實時監測。正常情況下，門鎖繼電器線圈供電狀態應該與觸點的開閉狀態達成統一。一旦出現觸點粘連，即便是線圈實在失電狀態下得，觸點也會出現閉合狀態，線圈供電情況與觸點開閉情況是相互矛盾的。所以，如果主控制器狀態異常時，其就會判斷門鎖繼電器已經出現問題，從而對簡易升降機的主回路加以切斷。

圖2　具監測功能的門鎖回路

4.2 針對主控制器故障的相關改進措施

針對簡易升降機電氣系統的控制回路中存在的安全隱患，需要對門鎖繼電器觸點和原安全繼電器的間接切斷方式加以改變，將主回路接觸器線圈供電改為直接切斷的模式。經過該改進后的電路需要實現以下兩種功能：①在啟用急停開關或者安全保護裝置之后，不通過單片機或者PLC等主控制器直接對主回路予以切斷；②單片機或PLC等主控制器能夠門鎖回路及安全回路的通斷予以監測，不僅能夠實現及時檢修和報警，還能夠對門鎖繼電器粘連情況予以監測。

經過改進之后的電路能夠將門鎖繼電器的觸點KDL、安全繼電器的觸點KRUN與總電源接觸器KMC、上行接觸器KMU及下行接觸器KMD線圈的通電回路相互串聯，一旦門鎖回路或者安全回路斷開，便能夠直接切斷三個主接觸器線圈的電源，從而實現對主回路的直接切斷。同時，對監測電路予以適當增加，在部分節點處，實現單片機輸入端口與引線的有效相連，使得單片機能夠實現對門鎖回路及安全回路的通斷實時監測，并依據門鎖回路的通斷情況以及觸點開閉狀態的統一性，對門鎖繼電器是否出現粘連予以判斷。經過改進后的電路大大提升了簡易升降機電氣控制系統的安全性，即便是單片機出現異常，那么只要啟動急停開關或者安全保護裝置，就會對主回路予以及時、可靠切斷，使得簡易升降機停止工作。

5　結束語

總而言之，簡易升降機的電氣控制系統有著較高的故障發生頻率。本文在對簡易升降機日常工作及相關事故案例進行深入分析的基礎上，通過對電路原理圖的分析，指出了少數簡易升降機存在門鎖回路因門鎖繼電器粘連導致事故發生以及控制回路因單片機故障等導致安全回路失靈等一系列安全隱患。針對第一種情況，我們可以使用雙門鎖繼電器和增加監測電路兩種設計方案。針對第二種情況，我們可以采取對直接切斷主回路接觸器供電方法，從而較大幅度降低了簡易升降機的安全隱患，提高了設備的安全性和可靠性。

［1］龔徐科，曹光敏，張志堅，阮 航.簡易升降機能效測試與對比分析［J］.機電工程，2014（11）.

［2］張寶華，欒天爽.建筑工地簡易升降機的安全管理與應用［J］.品牌與標準化，2011（10）.

［3］徐勇鋼.簡易升降機安全隱患與預防［J］.科技與創新，2014（05）.

肖 瑞（1986-），男，漢族，助理工程師，大學本科，主要從事起重機械、廠場內機動車輛特種設備檢驗檢測工作。

TH211+.6

A

2095-2066（2016）07-0240-02

2016-2-21