基于工况模拟的电梯制动器故障保护功能检测方法论文

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　　摘要：制动器是电梯运行过程中使用最频繁的安全部件，制动器故障保护功能是确保其可靠动作的重要安全监测功能。介绍了制动器故障保护功能工作原理和失效原因。详细分析了工况模拟法对制动器故障保护功能进行检测时外接检测开关接线形式。分别针对3 种制动器打开故障和3种制动器闭合故障提出了对应的外接检测开关通断状态设置方式及故障保护功能有效性检测方法，并开发 出对应的检测仪器。应用结果表明，通过设置与制动器微动开关串联或并联的4组外接检测开关的通断状态可快速模拟出不同制动 器动作故障时微动开关的输出信号。通过通断检测开关可识别电梯运动状态，据此能自动判断故障保护功能是否有效。提出的检测 方法和开发的检测仪器提高了制动器安全性能检测效率和自动化水平，有利于电梯安全稳定运行。

　　(Zhuhai Branch，Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research，Zhuhai，Guangdong 519002.China ) Abstract：Brake is the most frequently used safety component during elevator operation.Brake fault protection is an important safety monitoring function to ensure reliable operation.The working principle and failure reason of brake fault protection function are introduced.The connection form of external detection switches is analyzed in detail when the working condition simulation method is used to detect the function.The corresponding on-off state setting method of external detection switches and the effectiveness detection method of the fault protection function are proposed for three kinds of brake opening faults and three kinds of brake closing faults.The corresponding detection instrument is developed.The application results show that the output signal of the micro switches can be quickly simulated when different brake action faults occur by setting the on-off state of four external detection switches in series or in parallel with the brake micro switches.The elevator running state can be identified by the on-off detection switch，which can be used to automatically determine whether the fault protection function is effective.The detection efficiency and automation level of brake safety performance can be improved with the detection method and the detection instrument，which is conducive to the safe and stable operation of the elevator.

　　Key words：braking system;self-monitoring switch;fault protection;detection

　　0 引言

　　电梯是生产生活过程中大量使用的垂直交通工具，其安全性能也受到广泛关注。各类安全保护开关、制动器、安全钳、限速器等安全保护装置是确保电梯可靠运行的重要部件[1-3] 。制动器是电梯运行过程中频繁使用 的安全保护装置，其制动性能犹如汽车的刹车性能，对 电梯安全运行所起的作用不言而喻，制动器失效检测是 电梯安全性能检测的重要内容[4]。电梯制动器主要用于 轿厢在层站停止时实施“零速抱闸”，并可在安全开关 被触动等情况下实施紧急制停[5]。制动器需至少设置两 组，所有制动器开闭动作正常且制动力处于合理范围才能确保电梯安全可靠运行。

　　GB/T 7588.1 —2020《电梯制造与安装安全规范第1部分：乘客电梯和载货电梯》和特种设备安全技术规范 TSG T7001 —2009《电梯监督检验和定期检验规则—曳 引与强制驱动电梯》针对电梯制动器安全性能检验主要包括3个方面：制动器外观状态基本要求、制动能力检 测、制动器动作故障检测[6-7 ] 。针对制动器外观状态， 主要通过目视检测制动闸瓦是否异常磨损、制动器主要 零件是否丢失、制动轮或制动闸瓦表面是否有油污等。 制动能力评估可通过直接或间接测量制动力矩或测量上 下行制动时轿厢制动距离、平均制动减速度等方式进行 定量评估，目前已有较多研究，且有相关检测装置得到 应用[8-10] 。关于制动器动作故障检测，目前研究多见于 曳引主机型式试验时通过数万次制动臂开闭动作测试， 对制动器正确动作次数进行统计和判断[11] 。TSG T7001 —2009 附件A 第2.8 项“控制柜、紧急操作和动态测试装 置”规定，电梯应具有制动器故障保护功能，当监测到 制动器的提起(或者释放)失效时，能够防止电梯的正 常启动。针对该检验项目，传统检验方法为人工模拟检 测法，由于两组制动器存在打开失败、闭合失败多种制 动器动作故障类型，要人为对制动器故障保护功能有效 性进行全面检验，需频繁切断接通电梯电源，频繁拆接 线，操作复杂，效率低下。现有研究主要集中于故障保 护功能失效类型分析和失效风险分析[12-14]，而极少涉及对制动器故障保护功能有效性进行快速自动检验新方法研究和新型检测装置开发，针对制动器动作故障研究方向还缺少可现场应用的便携式快速检测装置或检 测系统。

　　1 制动器故障保护功能工作原理

　　电梯运行过程中，制动器故障保护功能用于对电梯 停止和启动时制动器动作状态进行在位检测，并由电梯主控制器对检测信号进行逻辑判断。当主控制器识别到两组制动器动作状态与电梯实际启停状态对应的逻辑关系出错时，制动器故障保护功能将切断电梯安全回路， 使动力回路断电，避免电梯继续带病运行。故障保护功能一般通过微动开关以机电联动的方式实时监测制动器打开(或闭合)状态，如图1所示。

　　其具体保护方式 为：当微动开关监测到制动器故障导致制动臂无法打开 时能防止电梯主机继续通电运行，避免待闸运行;当微动开关监测到制动器故障导致制动臂无法闭合时能防止电梯主机继续通电运行，避免电梯运行不受控。由于电梯制动器分两组设置，假设两组制动器分别命名为制动器一和制动器二，则制动器故障保护功能应能够对如下6 种制动器动作故障类型进行故障保护：制动器一打开失败，制动器二打开正常;制动器一打开正常，制动器二打开失败;制动器一和制动器二同时打开失败;制动器一闭合失败，制动器二闭合正常;制动器一闭合正常，制动器二闭合失败;制动器一和制动器二同时闭合失败[15] 。

　　2 制动器故障保护功能失效原因

　　根据串并联逻辑关系，一共存在6种微动开关接线 形式：常开并联接线、常闭串联接线、常开串联接线、 常闭并联接线、常开独立接线、常闭独立接线[15-16] 。由于电梯电气原理设计错误或安装人员、检修人员进行制动器现场调试时接线错误均可能导致出现前4种接线形式，此时制动器故障保护功能将部分失效。只有常开独立接线和常闭独立接线方式才能确保制动器故障保护功能有效工作，其接线原理如图2所示。

　　“常开”的含义 为电梯不运行时制动器处于机械闭合状态，微动开关为 断开状态，而电梯运行时则制动器处于机械打开状态，此时微动开关处于闭合状态。“常闭”的含义为电梯不运行时制动器处于机械闭合状态，微动开关为闭合状态， 而当电梯运行时则制动器处于机械打开状态，此时微开关处于断开状态。除了人为巡线方式对微动开关接线方式进行检测外，也可通过基于电压逻辑判断原理的方 法进行快速检测[17] 。

　　有效的微动开关接线方式是实现制动器故障保护功能的前提，在此前提下，如果电梯控制系统监测到两组制动器中的任意一组存在打开故障、闭合故障时将发出报警信号，并能阻止电梯继续带电运行，实现故障保护。电梯从出厂到使用过程中出现的如下情形都将导致制动器故障保护功能失效：电梯主板控制程序出厂时设置错误、故障保护功能相关控制程序被检修人员临时人为屏 蔽、故障保护功能逻辑判断程序被自定义修改后而未及 时复位。

　　3 工况模拟检验方法

　　3.1 外接检测开关设置方法

　　采用4个外接控制开关可模拟2组制动器各种不同的动作故障，独立信号接线前提下外接控制开关设置方 式如图3所示，其中图3 ( a ) 为微动开关常开独立接线 方式，图3 ( b ) 为微动开关常闭独立接线方式。KBZ1 和KBZ2 为电梯控制系统自带的微动开关，Ka1 和Ka2 为 与微动开关并联设置的外接控制开关，Kb1 和Kb2 为与微动开关串联设置的外接控制开关。

　　工况模拟法可通过设置出微动开关KBZ1 和KBZ2 向控制主板输入的电压信号的大小，从而模拟两组电梯制动器机械闭合和打开状态。对于微动开关为常开独立接线方式，以制动器一的监测开关KBZ1 为例，要模拟该 制动器机械闭合状态，根据电路控制逻辑关系，则可设 置与之串联的外接开关Kb1 处于断开状态，则无论KBZ1 自身是否通断，主控制板均接收不到24 V 高电平信号，控制系统认为测试制动器一已闭合。若要模拟该制动器机械打开状态，则可设置与之并联的外接开关Ka1 处于 闭合状态，则无论KBZ1 自身是否通断，主控制板均可接收24 V 高电平信号，控制系统认为测试制动器一已打开。

　　现场检验时外接检测开关设置方法为：关闭电梯主 电源，在电梯主机附近寻找微动开关接线端(如图1所 示)，根据图3.通过拆接线方式将4个外接检测开关连接至电梯控制系统电路中。默认状态下设置Ka1 和Ka2为断开状态，Kb1 和Kb2 为闭合，则电梯重新上电后，外接控制开关初始状态并不会改变电梯原有微动开关输入主控制板的信号状态，电梯仍然可按正常逻辑运行而不意外报警。设置完外接检测开关后即可进行后续制动器故障保护功能有效性检测，测试过程中无须再次拆接 线操作，直至所有类型制动器动作故障的保护功能检测结束。

　　3.2 制动器打开故障保护功能有效性检测方法

　　电梯开始启动运行时制动器打开故障(带闸运行)分为3种情况：制动器一打开失败、制动器二打开失败、制动器一和制动器二同时打开失败。针对常开独立信号接线和常闭独立信号接线形式，工况模拟法模拟上述3种制动器打开动作故障时外接开关设置状态 如表1所示。

　　对不同制动器打开故障类型的保护功能进行有效性的检验，操作电梯正常运行前，控制外接开关通断状态 将电路恢复为正常(Ka1 、Ka2 断开，Kb1 、Kb2 闭合)。 随后根据表1.按照实际接线形式和待模拟的制动器打 开故障类型，检测仪器通过外接测试线预设置好4个外 接检测开关通断状态。若电梯启动后随即急停(动力回 路有一瞬间脉冲电流信号)，且报故障，说明针对该故障类型的制动器故障保护功能有效，若电梯仍然持续正 常运行(动力回路有电流)，说明针对该故障类型的制动器故障保护功能失效。针对不同的制动器打开故障类型，按照上述过程各进行一次测试。

　　通过互感式通断检测开关以非接触检测的方式监测曳引主机动力回路的通断来对故障模拟后电梯是否正常运动进行自动检测，并将信号输入检测仪器，由检测仪器自动判断故障保护功能有效性。

　　3.3 制动器闭合故障保护功能有效性检测方法

　　电梯停止时制动器闭合故障分为3种情况：制动器一闭合失败、制动器二闭合失败、制动器一和制动器二同时闭合失败。针对常开独立信号接线和常闭独立信号接线形式，工况模拟法模拟上述3种制动器闭合动作故障时外接开关设置状态如表2所示。

　　对不同制动器闭合故障类型的保护功能进行有效性检验，操作电梯正常运行前，控制外接开关通断状态将 电路恢复为正常( Ka1 、Ka2 断开，Kb1 、Kb2 闭合)。 控制电梯正常运行。根据表2.按照实际接线形式和待 模拟的制动器闭合故障类型，电梯运行过程中检测仪器通过外接测试线预设置好4 个外接检测开关通断状态。

　　控制电梯在某一层站停止，若电梯停止瞬间立即报故障 且无法重新启动(停止以后动力回路始终无电流通过)， 说明针对该类闭合故障类型的制动器故障保护功能有效， 若电梯停止运行后不报故障且可再次正常启动(动力回 路中恢复电流)，说明针对此类闭合故障类型的制动器 故障保护功能失效。针对不同的制动器闭合故障类型，按照上述过程各进行一次测试。

　　3.4 现场检测步骤

　　通过目视方法确认电梯制动器外观无连接件松动或脱落、制动轮表面无明显异常磨损，在此前提下进行制 动器故障保护功能检测。先切断电梯主电源开关，在电 梯主机处找到并打开制动器接线盒，根据3.1 节外接检测开关设置方法将加测仪器测试线连接至微动开关接线端，随后恢复电梯供电，电梯应能正常运行。最后根据 3.2 节和3.3 节方法依次对制动器打开故障、制动器闭合故障的故障保护功能有效性进行检验。所有检验项目结束后关闭电梯开关电源，移除外接检测开关，将电梯 恢复到原始状态，结束测试。

　　4 检验装置开发

　　电梯制动器故障保护功能测试系统功能模块逻辑框 图如图4所示。测试系统包括处理器模块、触摸控制屏 模块、开关通断控制模块、回路通断检测模块4部分。

　　操作者通过操作触摸控制屏间接控制处理器执行各个检验步骤。处理器通过控制开关通断模块实现4个外接检测开关的通断控制，进而模拟出制动器动作检测开关反馈给电梯主控制板的故障信号。处理器通过回路通断检测模块检测电梯曳引主机动力回路中是否有电流通过，据此判断电梯主控制板能否对制动器故障信号进行有效反馈并阻止电梯继续通电运行，作为制动器故障保护功能是否有效的判断依据。开关通断控制模块采用直流继电器，继电器的输出触点即为外接检测开关。回路通断检测模块采用电磁互感式通断检测开关，通过将其中一根曳引机动力回路供电线穿过通断检测开关的线圈实现电梯运行状态检测。根据上述框架开发的电梯制动器故障保护功能检测仪如图5所示。

　　5 实例验证与结果分析

　　某电梯维保人员在对一乘客电梯进行维护时发现电梯上下行运行过程中曳引主机处出现异常噪声。该电梯主机为永磁同步型，制动器为杠杆鼓式制动器。电梯运行一段时间后用手感知制动闸瓦附近制动臂及制动轮表面温度，发现其中一个与制动闸瓦接触的制动臂表面温 度明显异常升高，且制动轮表面温度也异常偏高。用万用表电压档测量电梯启动和停止过程中制动器得失电的情况，发现制动器电气控制逻辑并无异常。主要原因是 制动臂机械动作故障，电梯运行过程中有一侧制动臂未 被完全打开，即存在“带闸运行”，电梯运行时未打开的制动闸瓦与制动轮摩擦产生噪声并导致异常温度升高。

　　“带闸运行”现象若长期存在将导致电梯制动轮和制动闸瓦因摩擦而提前报废，也会极大降低制动器制动能力。用开发的电梯制动器故障保护功能检测仪对该电梯制动器进行检测。结果表明，该电梯针对单边制动器闭合故障、双边制动器同时闭合故障、单边制动器打开故障及双边制动器同时打开故障的保护功能均失效，如图6所示。制动器故障保护功能失效导致电梯主控制板无法监测到制动器打开异常，导致电梯“带病运行”。进一 步排查发现，该电梯制动器故障保护功能在半年前的检 修过程中被人为屏蔽了，而一直未被及时复位。解除制动器故障保护功能锁定并修理机械卡阻故障后进行重新检测，结果均符合要求。因此，导致该故障的直接原因 是制动器运行机构发生卡阻，间接原因是制动器故障保护功能失效。

　　6 结束语

　　制动器是确保电梯安全可靠运行的重要部件。本文分析了电梯制动器故障保护功能工作原理和失效方式，在此基础上提出了基于工况模拟法的电梯制动器故障保护功能检验方法。该方法通过与制动器微动开关串联和并联的方式在制动器接线盒处设置4个外接检测开关，一次拆接线即可实现所有制动器故障类型的故障保护功能有效性检验，无需频繁断开和闭合电梯主开关。通过外接检测开关开闭逻辑模拟出不同类型的制动器打开失败或闭合失败时微动开关向主控制板输出的信号，然后根据电梯主机是否继续得电运行来判断制动器故障保护功能是否有效。基于该检测方法开发的检测仪器提高了检验效率和检验过程自动化水平，有利于及早发现电梯 制动系统安全隐患，确保电梯制动器安全可靠运行，保障群众生命财产安全。

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