一種車載單泵橋式水路與專用控制系統(tǒng)的設(shè)計

張志成，趙世軍

（山西省檢驗檢測中心(山西省標(biāo)準(zhǔn)計量技術(shù)研究院)，山西 太原 030012）

電梯監(jiān)督及定期檢驗作為保障電梯日常安全運行的重要手段一直是國家特檢機構(gòu)的重要及日常工作，按照檢規(guī)要求進行與載荷相關(guān)的試驗成為電梯檢驗工作的重中之重。載荷試驗分別應(yīng)用于平衡系數(shù)檢測、110%超載、125%靜載及動載制動等試驗項目中，傳統(tǒng)的載荷試驗方法是以人工搬運金屬砝碼的方法完成每臺電梯的載荷試驗，試驗項目對載荷變化的要求使得檢驗工作變得異常艱難和辛苦，每臺電梯每個項目的試驗都要付出很大的人工和時間成本，同時金屬砝碼在長期搬運過程中因為磨損而導(dǎo)致質(zhì)量缺失，使得載荷試驗的模擬載重砝碼精度不足也影響著電梯載荷試驗的結(jié)果。在21世紀(jì)高速發(fā)展的今天，各行各業(yè)都在飛速的革新，自動化的機械操作替代傳統(tǒng)人工勞動力的工業(yè)發(fā)展方向已經(jīng)悄然來臨。

目前行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)一種新型電梯智能液體砝碼載荷試驗車，其以水替代金屬砝碼作為乘員重量模擬載體，以水的流動替代人力搬運。通過專用載荷車設(shè)計和智能改造實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制自動加載和回收及準(zhǔn)確計量的方法，可完全替代現(xiàn)用傳統(tǒng)方法，極大減輕人工勞動強度，降低人力成本，提高檢驗效率；另外采用水作為載荷進行試驗，在轎廂中分布更均勻，與人員乘坐電梯的重量效果更加接近。智能液體砝碼載荷試驗通過對傳統(tǒng)方法革新，替代人力是對社會生產(chǎn)力進步的巨大推動，一經(jīng)提出便在行業(yè)內(nèi)掀起了載荷試驗方法革新熱潮，具有極大的經(jīng)濟和社會效益。

文章通過提出一種應(yīng)用于電梯智能液體砝碼載荷試驗車的單泵橋式水路及其專用控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，可實現(xiàn)定量液體的精確控制以及對于液體砝碼的加載和回收，對以水替代金屬砝碼作為載荷試驗的重量模擬載體，以自動化機械替代人力搬運的電梯載荷試驗方法革新有著巨大的推進。

1 單泵橋式水路結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

與市面上常見的液體罐裝車有所不同，電梯液體砝碼載荷試驗車的核心用途是以水作為載體來替代傳統(tǒng)的金屬砝碼，完成電梯載荷試驗。所以就其使用場景而言，對于水路結(jié)構(gòu)的設(shè)計有兩個核心要求，一是能夠精確地控制轎廂內(nèi)的液體模擬載重質(zhì)量，二是能夠快速實現(xiàn)液體的注入和回收。如圖1，為一種單泵橋式水路的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖：

圖1 單泵橋式水路結(jié)構(gòu)圖

液體儲存在車載罐體中，由四個固定在車上的電控球閥組組成的橋式水路控制液體的流向，液體的驅(qū)動動力由一臺車載水泵提供，經(jīng)由管路延伸段連接至移動蓄水罐，實現(xiàn)液體的加載和回收。移動蓄水罐置于電梯轎廂內(nèi)，實現(xiàn)對轎廂內(nèi)載重量的增加和減少，通過水的流動運輸替代人力對于金屬砝碼的搬運。

當(dāng)要實現(xiàn)向轎廂內(nèi)移動蓄水罐內(nèi)注水操作時，電控球閥B1和B2打開，電控球閥A1和A2保持關(guān)閉狀態(tài)，此時液體流向為車載蓄水罐→電控球閥B1→水泵→電控球閥B2→移動蓄水罐。反之，當(dāng)要實現(xiàn)從移動蓄水罐內(nèi)回收液體時，電控球閥A1和A2打開，電控球閥B1和B2切換為關(guān)閉狀態(tài)，此時液體流向為移動蓄水罐→電控球閥A1→水泵→電控球閥A2→車載蓄水罐。在水泵出口位置增加液體壓力計，當(dāng)因電控球閥組故障或管路發(fā)生堵塞時，壓力計檢測到管路內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定閾值后，卸荷閥打開，卸荷支路導(dǎo)通，液體直接經(jīng)由水泵流向車載蓄水罐體，可有效防止管路或各元件發(fā)生損壞。移動蓄水罐接口處安裝電動球閥，當(dāng)位于移動蓄水罐內(nèi)部的液位傳感器達(dá)到設(shè)定液位數(shù)值時，電動球閥關(guān)閉，注水或抽水操作完成。

2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計方案

為實現(xiàn)對于水路各個元器件的集成控制以及向移動蓄水罐內(nèi)注水、向車載蓄水罐回水的精確定量，需設(shè)計單泵橋式水路的專用控制系統(tǒng)。如圖2所示為電氣原理圖。

圖2 單泵橋式水路專用控制系統(tǒng)原理圖

控制系統(tǒng)的核心為液體流量控制專用PLC模塊，通過對PLC模塊編程實現(xiàn)控制需求。主要由以下幾點功能及邏輯組成：

（1）通過按鈕觸發(fā)實現(xiàn)對水路運行及液體流向的控制切換；注水按鈕觸發(fā)，向移動蓄水罐內(nèi)注水，水泵運行，電控球閥B1、B2打開；回水按鈕觸發(fā)，向車載蓄水罐內(nèi)回水，水泵運行，電控球閥A1、A2打開。

（2）實時讀取移動蓄水罐內(nèi)液位計的模擬量輸出，形成載荷液體加載量反饋閉環(huán)控制。

（3）通過目標(biāo)加載量設(shè)定后，觸發(fā)注水或回水按鈕，實現(xiàn)液體的定量、流向的控制。

（4）實時讀取跟蹤壓力計數(shù)值，壓力閾值可設(shè)定，當(dāng)管內(nèi)壓力達(dá)到壓力閾值后，控制卸荷閥打開，減少管內(nèi)壓力保護管路。

（5）當(dāng)達(dá)到設(shè)定目標(biāo)液體加載量水泵停止運行、閥體關(guān)閉后，由于液體自身的流動慣性會導(dǎo)致實際流入的液體載重量超過設(shè)定值，所以需要可設(shè)定關(guān)斷提前量，在達(dá)到目標(biāo)載重量之前即關(guān)閉水泵的動力輸入，靠管內(nèi)液體的自身運動慣性達(dá)到目標(biāo)液體加載量后，移動蓄水裝置的電動球閥及管路的電控球閥組關(guān)閉。

（6）系統(tǒng)可以實現(xiàn)累計液體加載量的計算，方便直接讀取載荷試驗時累計加載的載荷量，并可隨時通過清零按鍵實現(xiàn)清零重新計量。

（7）因PLC模塊輸出功率限制，需要外置功率足夠的電源轉(zhuǎn)換模塊，為電動球閥、壓力計等各元器件供電。

（8）PLC模塊搭載工業(yè)觸摸屏或按鍵屏，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示及基本參數(shù)修改、目標(biāo)液體加載量設(shè)定等功能。

3 系統(tǒng)測試試驗

3.1 試驗條件如表1

表1 試驗基本條件

3.2 結(jié)果分析

精度試驗結(jié)果：

使用如圖1單泵橋式水路及如圖2的專用控制系統(tǒng)進行向移動蓄水罐內(nèi)循環(huán)進水、出水流量精度實驗，試驗數(shù)據(jù)如表2，目標(biāo)流量設(shè)定、液位計反饋載重與實際稱重數(shù)值曲線如圖3。在20次液體載荷精度控制實驗數(shù)據(jù)樣本中，所設(shè)定的目標(biāo)載重均為200 kg，通過液位計反饋數(shù)值計算的平均載重質(zhì)量為202.29 kg，稱重平均數(shù)值為199.11 kg，平均誤差0.45%，滿足智能液體砝碼載荷試驗車的液體載荷控制精度需求及電梯載荷試驗的精度需求。

表2 精度控制實驗數(shù)據(jù)

圖3 精度控制實驗數(shù)據(jù)曲線

平均輸送200 kg液體載荷的時間為t=68.1 s，按照完成一臺額定載荷800 kg的電梯的125%載荷檢驗項目，所需載重質(zhì)量為Gn=Ge×125%=800×1.25=1000 kg，按照泵水工作效率80%計算，則所需的水載荷輸送時間為

4 結(jié)語

文章通過提出一種基于液體罐裝車的單泵橋式水路及其專用控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，詳細(xì)闡述了該水路及控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案及設(shè)計過程中的試驗數(shù)據(jù)分析。通過研發(fā)設(shè)計專用的液體罐裝車水路及其專用控制系統(tǒng)來進行水的裝載和回收，從根本上解決了液體砝碼在電梯載荷試驗中的實際應(yīng)用問題。液體砝碼的可控定量加載回收，實現(xiàn)了液體載荷的循環(huán)利用，為以水的流動替代傳統(tǒng)解人力搬運金屬砝碼提供了依據(jù)和實現(xiàn)方式。解決了傳統(tǒng)方法人工勞動量大、效率低的諸多問題，用先進的自動化控制技術(shù)取代傳統(tǒng)辦法，使載荷試驗技術(shù)更廣泛地應(yīng)用于電梯安全檢測的方方面面，對電梯安全運行提供了良好的基礎(chǔ)，同時也保障了乘客的生命和財產(chǎn)安全。