双开门电梯中门回路检测系统的安全性探讨

引言

《电梯监督检验和定期检验规则一曳引与强制驱动电梯》(TsGT7001一2009)第2号修改单中增加了第2/8(7):"应当具有门回路检测功能,当轿厢在开锁区域内,轿门开启、并且层门门锁释放时,监测检查轿门关闭位置的电气安全装置、检查层门门锁锁紧位置的电气安全装置和轿门监控信号的正确动作:如果监测到上述装置的故障,能够防止电梯的正常运行。"而对于此条项目给出的检验方法为:通过模拟操作检查门回路检测功能。

由条文可以看出,模拟操作触发故障点的前提是:(1)开锁区域内:(2)轿门开启:(3)层门门锁释放。监测的3个信号点为轿门关闭位置的电气安全装置、层门门锁锁紧位置的电气安全装置和轿门监控信号。

1功能实现的方案

引用业内大多电梯公司采用的实现方案如图1所示。

如图1所示,当电梯停靠在某层时,系统判断安全回路和门锁短接检测信号点是否接通,是否收到高低电平的变化,如高低电平有转换的过程,则证明开关被正确动作:如未接收到,即代表轿门开关被跨接,系统生成故障防止电梯继续正常运行。

若电梯有前后轿门,则添加一个额外的轿门信号,如图2所示。

也有部分品牌电梯采用的是测量整个电路电阻的办法,系统的正常运行依赖于整体门锁回路的阻值符合设计要求。如果门锁回路被人为短接,此时阻值为极小:如果某个门锁断开不通,此时的阻值为无穷大。此两类情形下的回路状态均视为故障状态,电梯除旁路状态外不能运行。

2方案中未充分考虑的其他风险

对于轿门监控信号的正确动作的验证,首先要与开/关门到位信号区分开,找出真正的监控信号。大多数电梯监控信号使用接近开关、双稳态开关等,还有少部分电梯则是使用编码器信号。对于接近开关,测试时应注意其接线方式是常开式还是常闭式,进行测试时需注意:应在关门状态下,再断开电梯电源,改线模拟常开/常闭后,先恢复关门状态,再接通电梯电源进行测试。

2.1双开门电梯在实际应用中可能的风险

对于双开门电梯,从图2和相关原理可以看出,有两扇轿门,位于轿门上的信号点就有4个,按照分别短接的方式进行验证并且合格后,可能存在以下情况:假定某电梯东侧轿门上的整体电气安全装置被人为短接,包括轿门关闭位置的电气安全装置和轿门锁紧装置的电气安全装置,而电梯正常运行至平层后,因内选信号按钮分东西两侧,按下哪侧则在哪侧开门,故电梯在西侧开门、东侧未开门,此时电梯因不满足检测条件"轿门开启"而无法检测出该信号点的不正确动作,所以电梯会继续运行直至某一次停梯后东侧开门。

笔者认为这是一个可大可小的漏洞,如果该电梯的东侧只在不常用的一1层开门,其他楼层均在西侧开门,那么这个故障将可能很长时间都不会被发现,而电梯一直处于危险状态。那是不是可以认为因为它没有开门运行,所以就算短接了东侧轿门的电气安全装置,也不会有风险呢?

在此可以继续假定以下情况:电梯继续运行,直至某次故障或停电的发生,电梯停在了某两层之间。TsGT7001一2009第2号修改单中增加了6.11项"轿门开门限制装置及轿门的开启",其中(1)规定了"应当设置轿门开门限制装置,当轿厢停在开锁区域外时,能够防止轿厢内的人员打开轿门离开轿厢"。注意,此处仅要求该装置能够防止人员打开轿门离开轿厢,而并没有要求能够防止人员身体部位比如手伸出去,规则中虽然未规定轿门开门限制装置应该限制轿门打开多少间隙,但在《电梯制造与安装安全规范》(GB7588一2003)第1号修改单中对此有相关要求:"8.11.2b)轿厢在7.7.1中定义的区域之外时,在开门限制装置处施加1000N的力,轿门开启不能超过50mm。"可见,如果此时电梯内的人员非法自救,企图扒门逃生,将可能扒出5cm的间隙从而伸出手臂在门头上摸索自救,如果此时来电或者故障恢复,电梯将直接启动进行平层运行,电梯门机因带电而关门夹持力非常大,导致人手完全不可能抽回,即使是检修速度,也会让人在与上层门地坎或下层门头的剪切中失去手臂。

问题在于:短接了东侧轿门的电气安全装置,在电梯启动运行前是否会监测出轿门监控信号的异常?

遗憾的是,笔者在多年的检验工作中经常发现,验证部分品牌的电梯轿门监控信号时,采用的是增量编码器而非绝对值编码器,且轿门监控信号并非由编码器和开关门到位信号共同参与,断电并送电后不会开关门一次来监测信号点的异常,而是直接"记忆"并提取断电之前的信号状态,这就会造成信号正确而实际异常的状况发生。所以,这一漏洞也是可能被忽略并伴生在上述假定电梯上的。

GB7588一2003中0.3.7有以下规定:"在某些情况下,使用人员可能做出某种鲁莽动作,本标准没有考虑同时发生两种鲁莽动作的可能性和(或)违反电梯使用说明的情况。"

笔者认为,扒门和伸手自救属于连续且自然的动作,应该只能算作一种鲁莽动作,而维修人员所做出的短接动作不应该属于0.3.7中"使用人员"的范畴,故这种风险是应该加以控制的。

所以GB7588中有0.3.8要求:"如果在维修期间,一个使用人员通常不易接近的安全装置被有意置为无效状态,此时电梯的安全运行无保障,则应遵照维修规程采取补充措施去保证使用人员的安全。"

这说明本标准认可使用规章制度来保证电梯的安全运行,在本文假定的维修人员短接门锁的情况下,导致电梯开门状态下返平层运行,这个行为导致的状态是使用人员(无论是司机、乘客还是货物的陪伴者)都无法改变的,因此要有必要的规章制度来避免此类行为可能给电梯运行带来的危险。但在实际情形下,机械自身的保护大于电气的保护,规章制度的保护所带来的风险降低无疑是最不可靠的。

2.2具有再平层功能的电梯在实际应用中可能的风险

所谓"再平层功能",是指电梯运行到站开门后,程序忽略门锁通断状态,自动慢速上下运行调整平层精度的功能。在不具有再平层功能的货梯上使用人力叉车运载重物放至货梯后,钢丝绳在重物的影响下明显伸长,轿厢下沉,轿厢地坎将与层站地坎形成"台阶",这显然会妨碍叉车的进出且无法再进行其他重物的继续堆放,只能运送当前货物至其他层站,再行移出,这极大地降低了货梯的运行效率。同理,高层客梯尤其是高档酒店、写字楼等处使用的电梯,其特点是使用时间段集中,且人流密集,大量人员涌入电梯后,本就极长的钢丝绳在人员重量和钢丝绳自重的影响下也将显著伸长,此时假如轿内某人员因各种原因需要离开轿厢(例如电梯已超载),很有可能被"台阶"绊倒。所以这一功能在近几年安装的新电梯中非常常见,被广泛用于载重量大的货梯以及高速高楼层的高档客梯上。

同样,一个功能的增加往往伴随着一些风险的产生,因为再平层运行在开门状态下完全无视了门锁的通断情况,仅依赖两个条件:一是轿厢在平层感应区域内,二是轿门监控信号或者开关门到位信号正确动作。在此列举一个极端的使用情况:很多工业园内使用的双开门货梯,出于各种原因,往往会封闭其中一侧层门,假设在电梯二层西出入口处用砖块或栅栏门进行了封堵,电梯运行到二层时突发停电,轿内人员出于自救,可能会尝试扒开东侧轿门,如果此时供电恢复,程序将控制西侧轿门开门并进行再平层运行,而东侧的人员可能来不及将手抽回而发生擦伤或受到挤压[1]。

3风险的控制

为降低上述风险,以下提出一些改进意见:

(1)针对采用编码器信号作为轿门监控信号的,应优先选用绝对值编码器。它完全能忽略干扰之类的问题,一旦编码器停止转动并固定在一个位置上,即使其在旋转过程中受到部分因素的影响,最后还是能直接输出停止时的位置,所以其用于电梯开关门行程长度信号有很大的优势,并不会因为断电或者人为开门导致位置丢失或错乱,在恢复供电后可以马上判断出门的开启情况,有效避免意外发生。

(2)但目前大多使用编码器信号的电梯都采用增量编码器,其优点是结构简单,使用寿命极长,抗干扰能力强,可靠性高,可广泛应用于中长距离通信:缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。所以,针对增量编码器,首先应加入计数器,然后在门机控制板的程序上设定位置检测的高优先级,使得电梯恢复供电后不论门锁是否接通,优先进行完整的慢速(以防夹人伤害)开关门过程一次,如果因阻挡而无法完成,则电梯不启动运行。

(3)若采用双稳开关等方式作为信号,应优先保证监控信号的通路是电梯的各种方式运行(包括检修和再平层运行)的必要条件,同时采用其他信号作为比较,例如广泛使用的开关门到位信号,即使门锁被跨接,主板只需要比较信号的异同即可,如表1所示。

(4)不使用开门限制装置,而以轿门机械锁代之。

(5)将开门限制装置的间隙调整到10mm以内。

4结语

综上所述,笔者认为,只有采用了相对有效的方法才能最大化保证电梯的安全,也许以上方法并不尽善尽美,希望有相关业内专家指出不足或提出更好的解决方案。