电梯电气系统故障监测与诊断.pdf

2017.06设计与研发 10 电梯电气系统故障监测与诊断 李晓宁 （福建省特种设备检验研究院， 福建福州，350008） 摘要 ： 电梯电气系统故障监测与诊断是监测电气系统运行中的状态并结合诊断对象的历史状态来定量识别设备电气系统及 其零部件性能的技术。 实验中， 利用电能质量监测分析仪监测电梯电气系统状态， 检测电压信号突变、 中断、 频率偏移、 三相不 平衡等故障信号， 从而判断电梯制动功能失效、 不平层、 不关门走梯、 超速、 蹲底、 冲顶等故障原因， 避免困人、 撞击、 剪切、 坠落 等人身伤害事故。 关键词 ： 电梯 ； 电气系统 ； 安全 ； 故障监测 The elevator electrical system fault monitoring and diagnosis Li Xiaoning （FuJian Special Equipment Inspection and Research Institute,Fuzhou Fujian,350008） Abstract: The fault monitoring and diagnosis of elevator electrical system is a technology to monitor the state of electrical system operation and combine with the historical state of diagnostic object to quantitatively identify the performance of electrical system and its parts. In the experiment, the power quality monitoring analyzer is used to monitor the state of the elevator electrical system, detect the fault signal of the voltage signal mutation, interruption, frequency offset, three-phase unbalance and so on, so as to judge the elevator brake function failure, uneven layer, unclosed ladder walking, speeding, squatting, diving header and other causes of failure, to avoid trapped, impact, cut, crashed and other personal injury accident. Key words: elevator; electrical system; safety; fault monitoring 0 引言 电梯电气系统故障监测与诊断技术研究是监测设备电气系 统运行中的状态信息， 对所测信号进行处理和分析， 结合诊断对 象的历史状态来定量识别设备电气系统及其零部件的状态， 并预 知有关异常、 故障， 从而确定必要对策的技术 1。 以往为了避免 设备故障对生产带来影响， 一般采用定期维修方式， 其缺点是无 法避免 “过剩维修” ， 同时也无法完全避免设备故障发生。 随着设 备监测、 诊断技术的发展， 电梯电气系统故障监测与诊断技术不 断得到尝试应用 2。 电梯交付使用后， 经过长期运转， 质量必定会下降， 轻则影响 电梯的乘坐舒适性， 重则影响电梯运行的可靠性与安全性。 而电 梯电气控制系统的故障时有发生， 是技术人员检验、 监测与诊断 的难点。 1 电梯电气系统故障监测与诊断 电梯电气系统故障通常由于电压信号突变、 中断、 频率偏移、 三相不平衡等原因， 引起制动功能失效、 电梯不平层、 不关门走 梯、 超速、 蹲底、 冲顶等故障现象导致困人、 撞击、 剪切、 坠落等人 身伤害事故 3-4。 电能质量监测分析仪是一种能用于监测电梯运行状态的仪 表， 它能实时监测装置的输入电压、 输入电流、 频率、 有功功率、 无 功功率等电能质量的基本参数， 而且能对曳引电梯外部供电系统 的三相电压不平衡、 电压异常波动、 谐波和闪变等电能质量指标 进行分析， 实现对电梯电能质量的实时监测从而为电梯故障分析 提供强有力的支持。 仪器的多通道测量有助于快速辨认故障发生 时候相关信号的关系， 以便准确定位故障来源。 根据标准 GB/T10058-2009 电梯技术条件 整机可靠性检验 为起制动运行 2000 次中失效 （故障） 次数不应超过 5 次 5。 用电 梯操作服务器设置连续运行 2000 次试验， 试验中用电能质量监 测分析仪 （型号 ： 日本日置 HIOKI 的 PW3198） 对电梯进行运行故 障监测， 试验仪器现场接线如图 1 所示。 仪器同时监测外网电压、 电梯安全回路电压、 层门回路电压和轿门回路电压等信号。 图 1 电能质量监测分析仪现场接线图 电梯2000次运行故障监测中， 监测到的故障表现形式如下： （1） 具有高压峰值的电压剧烈变化， 导致电梯停止运行， 电压 波形如图 2 所示。 图 2 具有高压峰值的电压剧烈变化 在电梯控制柜计时器计数到 101 次时， 此时电梯故障表现 为电梯出现死机现象， 电梯停在 21 层， 所有外部操作按键均无反 应， 但楼层信号显示系统均正常。 在排查故障时， 电源断电等待一 会儿后再重新接通电源， 电梯就能恢复正常工作。 通过故障现象 基金项目 ： 福建省质监局科技项目 （FJQI2016027） 。 万方数据 2017.06设计与研发 11 分析， 初步判断故障原因为电网的浪涌电压导致电梯控制系统出 现信号混乱或是控制系统进入保护状态。 （2） 电梯安全回路电压瞬间中断导致电梯停止运行， 电压波 形如图 3 所示。 图 3 安全回路电压瞬间中断 在电梯加载运行到 80% 额定载荷， 控制柜计时器计数到 667 次时， 此时电梯故障表现为电梯停止运行且楼层信号显示系统均 不能工作。 经检测外部电网正常， 查明安全控制回路的熔体烧断 导致接触损坏引起电梯停止运行。 更换了熔体后电压恢复正常， 电梯就恢复正常工作。 （3） 仪器监测到某时刻电梯安全回路电压频率偏移， 电压波 形如图 4 所示。 图 4 安全回路电压频率偏移 在电梯在运行至 1001 次时， 电梯额定载荷运行， 此时电源与 负荷的突然不平衡导致系统电压频率偏移， 但未引起电梯故障。 （4） 曳引电梯层门回路出现谐波如图 5 所示， 导致电梯运行 有异常声响。 在电梯计时器计数到 1320 次时， 此时故障表现为电梯不能 正常开门层导致运行停止。 电能质量监测分析仪通道 1 监测的电 梯门回路电压与电流均出现高次谐波， 根据波形分析谐波电压值 为 147.33V， 电压的谐波量引起层门回路电压异常导致无法正常 运行。 经检测外部电网谐波电流的流入， 造成电梯电子元件过热 异常声响或振动声 ； 停滞数秒后， 电梯正常运行工作。 图 5 层门回路谐波 2 结语 在电梯电气系统故障监测与诊断中， 利用电能质量监测分析 仪监测电梯电气系统故障， 可以有效监测到电压信号突变、 中断、 频率偏移、 三相不平衡等信号， 正确判断电梯制动功能失效、 不平 层、 不关门走梯、 超速、 蹲底、 冲顶等故障原因， 避免困人、 撞击、 剪 切、 坠落等人身伤害事故， 证实该方法可靠有效。 参考文献 1 郑良田 . 浅谈电梯电气故障原因及检修方法 J. 中国机械 , 2014(11):177-178. 2 许春义 . 电梯电气系统故障分析与检测 J. 价值工程 , 2012, 31(9):43-44. 3陈登峰 电梯控制技术M北京： 机械工业出版社,2013 3-8 4 陈家盛 电梯结构原理及安装维修 M 北京 ： 机械工业出版 社，2006 5 魏大海 , 张立山 . 浅谈电梯电气故障及检测 J. 数字化用户 , 2013(19). 作者简介 李晓宁， 工程师， 主要从事电梯安全技术研究 该分布式系统通过主、 从站的形式实现。 从站实时采集设备 终端信息， 并通过现场总线上报给 PLC 主站。 主站对实时采集的 数据进行处理， 将信息通过网络上报给远程控制中心并且通过现 场总线给从站下达指令， 进而实现对现场设备的控制。 另外通过 本地人机接口和远程控制中心， 可对自动化监控系统的系统参数 进行设置， 同时监控整个系统的运行状态。 3.2 硬件组态 该自动化监控系统采用西门子 PLC S7-300 作为主站控制 器，ET200S 作为从站， 触摸屏作为人机接口。 另外， 该系统的现 场总线采用 PROFIBUS DP 总线网络结构， 实现分布式采集和集中 式处理。 主站是主控单元， 实现自动化监控系统的系统控制功能， 包 括自动化运行、 保护与报警等。 从站的功能为采集现场数据， 并执 行主站控制器的命令驱动执行机构动作。 3.3 软件设计 控制系统软件程序采用西门子的 Step 7 软件进行设计。 该 程序采用梯形图语言， 进行模块化的设计。 该程序主要由以下功 能模块 ： （1） 自动控制模块 ； （2） 数据采集模块 ； （3） 系统设置模 块 ； （4） 保护与报警模块 ； （5） 数据通信模块。 4 结论 箱式整流变电站自动化监控系统实时监控变电站的运行状 态， 对故障进行报警并记录， 自动进行保护动作， 提高了箱式整流 变电站和维护的安全性和可靠性。 集成该自动化监控系统的箱式 整流变电站已在青岛公交公司投入运行， 运行状态良好。 参考文献 1 周伟