淺析自動扶梯超速與非操縱逆轉(zhuǎn)保護裝置檢測的幾種方法

劉登科 羅偉立（廣東省特種設(shè)備檢測研究院珠海檢測院 珠海 519002）

淺析自動扶梯超速與非操縱逆轉(zhuǎn)保護裝置檢測的幾種方法

劉登科 羅偉立
（廣東省特種設(shè)備檢測研究院珠海檢測院 珠海 519002）

文章針對自動扶梯的超速與非操縱逆轉(zhuǎn)保護功能的檢測，介紹了“人為動作開關(guān)法”、“人為切除信號法”、“盤車法”、“電動機反接法”、“串接空氣開關(guān)法”、“工況模擬法”等幾種方法的原理、應(yīng)用范圍、優(yōu)缺點，并從通用性、功能、準(zhǔn)確性和定量性方面進行了比較，最后總結(jié)出“工況模擬法”具有通用、準(zhǔn)確、可靠、可定量檢測的特點。

自動扶梯 超速保護 非操縱逆轉(zhuǎn)保護

自動扶梯和人行道（以下統(tǒng)稱自動扶梯）的超速和非操縱逆轉(zhuǎn)保護裝置是自動扶梯運行中出現(xiàn)危險時的最后一道安全防線。在發(fā)生扶梯超速或意外逆轉(zhuǎn)時，一旦保護裝置失效，會造成很嚴(yán)重的后果。國內(nèi)外都曾經(jīng)出現(xiàn)過類似事故，其中2010年深圳地鐵自動扶梯逆轉(zhuǎn)事故和2011年北京地鐵扶梯逆轉(zhuǎn)事故給我們帶來的深刻教訓(xùn)。我國GB 16899-2011《自動扶梯與自動人行道制造與安裝安全規(guī)范》中已對超速和非操縱逆轉(zhuǎn)保護裝置明確提出了要符合可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)（PESSRAE）的要求，但在用的很多自動扶梯的超速和非操縱逆轉(zhuǎn)保護裝置與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求不符，且存在一定的設(shè)計缺陷，因此需要在日常維護保養(yǎng)和定期檢驗中對自動扶梯的超速和非操縱逆轉(zhuǎn)保護裝置進行準(zhǔn)確檢測和驗證，才能保證扶梯的安全運行。

然而，對自動扶梯超速和非操縱逆轉(zhuǎn)保護功能的檢測一直以來都是行業(yè)的棘手問題，沒有通用的檢測方法，檢驗人員在檢驗時針對不同的自動扶梯往往要采用不同的檢驗方法，對相同型號的扶梯，不同的檢驗人員也往往會采用不同的方法。一方面，檢驗方法的不通用給現(xiàn)場檢驗人員造成很大不便。有些檢驗方法在某些方面尚存局限和漏洞，會給自動扶梯留下安全隱患。因此，只有正確理解各種檢測方法的原理、適用范圍、優(yōu)缺點，才能選擇出最優(yōu)檢測方法，得出正確檢驗結(jié)論。目前幾種常用的檢測方法原理及優(yōu)缺點如下。

1 人為動作開關(guān)法

人為動作電氣開關(guān)，用鑰匙開自動扶梯，觀察扶梯是否能運行。這種檢測方法的優(yōu)點是簡單快捷，缺點是適用范圍窄，僅僅適合于采用機械原理設(shè)計的超速或者逆轉(zhuǎn)保護裝置的檢驗，不適用測速原理設(shè)計的保護裝置；其次是該方法只能實現(xiàn)定性檢測，不能定量檢測。機械式超速保護裝置原理（如圖1所示）與垂直電梯的限速器類似，憑借自動扶梯超速時，甩塊在離心力的作用下撞擊電氣開關(guān)，從而實現(xiàn)電氣保護功能。

圖1 機械式超速保護裝置示意圖

通常在檢驗時，人為的動作電氣開關(guān)后，用鑰匙開啟扶梯，扶梯不能啟動，就認(rèn)為扶梯的超速保護功能合格了。這種方法的局限性是只能驗證電氣開關(guān)的好壞，以及電氣開關(guān)是否能斷開安全回路，并不能驗證扶梯在速度到達名義速度1.2倍前，該速度限制裝置能否切斷扶梯的電源。有這樣的可能，超速保護裝置的電氣開關(guān)是完好的，但是由于開關(guān)調(diào)整不當(dāng)或超速保護動作整定值校調(diào)不當(dāng)導(dǎo)致扶梯超速時，保護裝置不動作。筆者遇到過類似情況，如超速保護裝置的電氣開關(guān)功能完好，但是超速保護裝置的甩塊被油污卡死，不能觸發(fā)開關(guān)動作。

圖2所示的是比較常見的一種機械式逆轉(zhuǎn)保護裝置。

圖2 機械式逆轉(zhuǎn)保護裝置示意圖

由一個帶凹槽的滾輪和一個電氣開關(guān)組成，扶梯運行時，滾輪被大鏈輪軸帶動旋轉(zhuǎn)，而電氣開關(guān)的連桿被壓向一邊，電氣開關(guān)導(dǎo)通，扶梯反向運行時，電氣開關(guān)連桿被壓在另一邊，也是導(dǎo)通的。但是扶梯要從一個運行方向過渡到另外一個運行方向，必定會經(jīng)歷連桿完全嵌入滾輪凹槽的時刻，該時刻，開關(guān)是不導(dǎo)通的，因此，可以實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)保護。 這種機械式逆轉(zhuǎn)保護裝置對安裝工藝有要求，如果電氣開關(guān)安裝位置不好，或者是電氣開關(guān)的連桿有問題，都會導(dǎo)致失效。原因是，如果電氣開關(guān)安裝位置不好，導(dǎo)致扶梯發(fā)生運行方向改變時，電氣開關(guān)不會完全陷入凹槽，從而，使得扶梯從上行到逆轉(zhuǎn)下行整個過程中，電氣開關(guān)一直都是導(dǎo)通的，逆轉(zhuǎn)保護裝置失效。因此，采用這種檢驗方法的缺點是只能驗證電氣開關(guān)是否有效，不能發(fā)現(xiàn)由于安裝工藝造成的保護裝置失效。

2 人為切除信號法

人為切除信號法，這種方法的優(yōu)點是簡單快捷，缺點是該方法只能針對利用傳感器測速原理設(shè)計的超速和逆轉(zhuǎn)保護裝置進行大概的驗證檢測，不適用于機械式保護裝置；其次該方法也不能對超速保護裝置進行定量檢測。

圖3 扶梯速度監(jiān)控裝置示意圖

如圖3所示是一種比較常見的自動扶梯速度監(jiān)控裝置，電機的輸出軸上有驅(qū)動齒輪，齒輪上安裝2顆螺釘，螺釘旁邊安裝一個接近傳感器，當(dāng)電機運行，齒輪旋轉(zhuǎn)，螺釘會周期性的接近傳感器，當(dāng)螺釘接近傳感器，傳感器會輸出信號，電機軸轉(zhuǎn)一圈，傳感器產(chǎn)生2個脈沖，電機轉(zhuǎn)的越快，扶梯運行的越快，傳感器產(chǎn)生的脈沖頻率就越高，因此能起到監(jiān)控自動扶梯速度的作用，當(dāng)自動扶梯檢測到超速或欠速時，安全開關(guān)動作，從而達到超速保護和逆轉(zhuǎn)保護的功能。但對這種結(jié)構(gòu)采用人為切除方法檢驗時，往往有誤判的可能。如圖4所示，自動扶梯正常運行時控制系統(tǒng)收到傳感器信號如圖4（a）所示；扶梯超速時，傳感器發(fā)出的信號頻率會升高，如圖4（b）所示；扶梯停止時，傳感器不會產(chǎn)生信號，如圖4（c）所示；扶梯將要逆轉(zhuǎn)時（速度會降低，信號頻率會降低），傳感器信號如圖4（d）所示。

圖4 扶梯各個工況下PLC接收到的信號

如果檢驗人員現(xiàn)場采用人為切除信號法進行檢測，現(xiàn)場檢驗時把傳感器信號線切除后，發(fā)現(xiàn)扶梯報警并自動停止運行，這時檢驗人員通常會認(rèn)為扶梯的超速和非操縱逆轉(zhuǎn)保護功能有效。其實很明顯，這樣的檢測是存在很大漏洞的。一臺正常運行的扶梯，被人為切除信號線后PLC或者控制系統(tǒng)收到的信號如圖4 （b）所示，扶梯控制系統(tǒng)自然會認(rèn)為當(dāng)前速度為零，這時即使扶梯會發(fā)生保護，停止運行，但也不能證明扶梯會在超速時或者逆轉(zhuǎn)時會發(fā)生保護，因為扶梯發(fā)生超速或逆轉(zhuǎn)時控制系統(tǒng)接收到的信號完全不同于切除信號線后情況（見圖4（c）和圖4（d）與圖4（b）之間的區(qū)別），因此它們之間不存在必然的關(guān)系。采用速度監(jiān)控原理的超速和非操縱逆轉(zhuǎn)保護裝置其功能有效性與控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計、閾值設(shè)置、傳感器的抗干擾能力等諸多因素有關(guān)，這些隱患導(dǎo)致的保護裝置失效是采用切除信號法不能檢測出來的。筆者在實際檢驗中發(fā)現(xiàn)有些扶梯的PLC中沒有超速保護功能，或者PLC中逆轉(zhuǎn)保護功能程序設(shè)計不當(dāng)，采用人為切除信號法卻發(fā)現(xiàn)不了。

3 盤車法

很多檢驗人員采用反向盤車法來驗證扶梯逆轉(zhuǎn)保護裝置的有效性，優(yōu)點是比較直觀，缺點是操作麻煩，有些扶梯沒有盤車裝置或空間，而且只適用于機械式逆轉(zhuǎn)保護裝置和部分具有方向判別的傳感器式保護裝置。其次還容易引起誤判，把電機電源線拆除后，用鑰匙開扶梯，扶梯電氣系統(tǒng)很可能因為檢測到電機開路而啟動保護（尤其有變頻器驅(qū)動的扶梯，變頻器能檢測到輸出開路），這并非是扶梯的逆轉(zhuǎn)保護功能起作用，而檢驗員很容易被這樣現(xiàn)象“欺騙”，誤認(rèn)為開梯后扶梯的電氣保護就是逆轉(zhuǎn)保護起作用了。

4 電動機反接法

如圖5所示，把電動機與控制柜的接線U、V、W順序任意調(diào)換一下，這樣只要往上開啟扶梯，扶梯就會往下運行，模擬了扶梯逆轉(zhuǎn)，如果扶梯電氣系統(tǒng)能保護，則認(rèn)為該扶梯逆轉(zhuǎn)保護功能有效。反之，則認(rèn)為扶梯逆轉(zhuǎn)保護失效。電機反接法的優(yōu)點是比較直觀，缺點是對于那些采用欠速保護來實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)保護功能的扶梯（目前大部分傳感器式保護裝置都是這樣設(shè)計的），這種方法容易導(dǎo)致誤判。分析原因，把電機線反接后，一開啟扶梯，扶梯就反方向以正常速度運行（扶梯逆轉(zhuǎn)），但是這種逆轉(zhuǎn)沒有經(jīng)過一個降速過程（一臺扶梯真正發(fā)生意外逆轉(zhuǎn)時，必然會經(jīng)歷一個降速—停止—反向加速運行這么一個過程），扶梯自然不會自動保護，因此檢驗人員就會誤認(rèn)為該扶梯逆轉(zhuǎn)保護功能不合格。事實上該扶梯的逆轉(zhuǎn)保護不是失效，而是使用的檢測方法不正確而已。

圖5 電動機反接法原理圖

5 串接空氣開關(guān)法

如圖6所示，現(xiàn)場檢驗時把空氣開關(guān)串接在電機和控制柜之間，啟動扶梯向上運行，待扶梯進入正常速度后，切斷空氣開關(guān)，扶梯會失去動力，減速直至停止，期間觀察扶梯控制系統(tǒng)，如果會自動保護，切斷扶梯動力電源，則認(rèn)為逆轉(zhuǎn)保護功能有效。該檢測方法的優(yōu)點是直觀，缺點是只模擬了扶梯的意外減速過程，但并不能模擬扶梯反向運行，當(dāng)被檢測扶梯的逆轉(zhuǎn)保護裝置采用欠速保護設(shè)計時，采用該方法檢測是可以的，如果被檢測的扶梯逆轉(zhuǎn)保護裝置采用了機械式原理或者采用信號相位判斷原理（如旋轉(zhuǎn)編碼器）設(shè)計時，則不能用該方法檢測，否則會因此檢驗誤判。因為采用機械式原理或者信號相位判斷原理設(shè)計的保護裝置，要到扶梯真正逆轉(zhuǎn)以后才能動作，而串接空氣開關(guān)法只能模擬扶梯意外降速，并不能使得扶梯真正發(fā)生逆轉(zhuǎn)反向運行，故不能觸發(fā)保護裝置動作，造成檢驗結(jié)果誤判。如果該類扶梯采用電動機反接法檢測，會得出截然不同的檢驗結(jié)論。

圖6 串接空氣開關(guān)法原理示意圖

6 工況模擬法

工況模擬法是最近兩年興起的一種創(chuàng)新性檢測方法，是由廣東特檢珠海檢測院發(fā)明，并制定了地方標(biāo)準(zhǔn)DB44/T 1137-2013《自動扶梯和自動人行道的超速與非操縱逆轉(zhuǎn)保護功能試驗方法》，其原理如圖7所示，是在控制柜與電機之間串接一個智能儀器，用鑰匙正常啟動扶梯，待扶梯進入正常速度后，操作儀器，使得扶梯出現(xiàn)意外超速或者意外逆轉(zhuǎn)的工況，觀察扶梯在相應(yīng)工況下是否會自動保護，切斷動力電源，并通過測試傳感器把超速保護裝置或逆轉(zhuǎn)保護裝置動作時的扶梯運行速度記錄下來，達到定量檢測的目的。該檢測方法具有以下幾個優(yōu)點，一是通用性強，檢測方法與保護裝置的設(shè)計原理無關(guān)，無論是機械式、傳感器式都可以應(yīng)用；第二，該方法完全從標(biāo)準(zhǔn)GB 16899-2011要求出發(fā)，令扶梯進入超速1.2倍或者減速直至發(fā)生逆轉(zhuǎn)的運行工況，驗證扶梯相應(yīng)的保護裝置是否會動作，因此檢測結(jié)果十分準(zhǔn)確可靠，能直觀和真實反映出保護裝置的動作細節(jié)；第三，該方法依靠測速傳感器和智能儀器的捕獲功能，能定量檢測保護裝置的動作速度；第四，借助該方法及儀器，能夠?qū)Πl(fā)生事故的扶梯進行事故重演，進行事故鑒定。

圖7 工況模擬法原理示意圖

7 結(jié)束語

上文分別介紹了6種針對自動扶梯超速和非操縱逆轉(zhuǎn)保護裝置的檢測方法，現(xiàn)用表格將其歸納和比較其各自優(yōu)缺點，見表1。

表1 自動扶梯超速和非操縱逆轉(zhuǎn)保護裝置的檢測方法

從以上分析可以比較出，工況模擬法是幾種檢測方法中通用性最好，準(zhǔn)確可靠性最高，唯一能進行定量檢測的方法， 相信該檢測方法將會憑借其通用性、準(zhǔn)確性、定量性的特點迅速普及。

1 梁敏健，林曉明.一種用于自動扶梯超速和非操縱逆轉(zhuǎn)保護功能檢測的儀器[J].中國電梯，2012，23（23）：51～57.

2 梁敏健，林曉明.針對常用幾種檢測扶梯超速、逆轉(zhuǎn)保護功能方法缺點和誤判現(xiàn)象的剖析[J].環(huán)球市場信息導(dǎo)報，2012，453：50～51.

3 梁敏健，林曉明.基于速度檢測原理的扶梯超速和逆轉(zhuǎn)保護裝置失效原因探討[J].環(huán)球市場信息導(dǎo)報，2012，453：50.

4 羅朝均，張東平.自動扶梯（人行道）非操縱逆轉(zhuǎn)保護功能工作原理及檢測方法綜述 [J].電梯工業(yè)，2004，4.

Analysis of Inspection Methods for the Protector of Overspeed and Unintentional Reversal of Escalator

Liu dengke Luo weili
(GUANGDONG PROVINCE SPECIAL EQUIPMENT INSPECTION INSTITUTE · BRANCH OF ZHUHAI ZHUHAI 519002)

To detect the function of protector of overspeed and Unintentional Reversal of Escalator, this paper introduces several inspection methods on principle, application range, advantages and disadvantages, and compares them with each other in terms of versatility, function, accuracy and quantification. Finally, it is summarized that the hazardous case simulation inspection method has strong versatility, high accuracy and quantitative test.

escalator; overspeed protection; protection against risk of unintentional reversal of travel direction

X924.2

B

1673－257X(2014)07－42－04

劉登科（1983～),男，電氣工程師，從事機電類特種設(shè)備檢驗檢測。

2014－01－24）