F00000756-北京特检院关于电梯抗电磁干扰性能研究文章.doc

电梯抗电磁干扰性能试验研究赵伯锐 潘峰（北京市特种设备检测中心，北京，100029）1 引言随着电子技术在电梯设备中的广泛应用，电梯的功能越来越完善，可靠性大幅提高。也正是电子产品及数字电路在电梯控制系统中的大量应用，使得系统电磁干扰问题日益突出。电磁兼容性指的是电子设备/系统在规定的电磁环境中，按照设计要求工作的能力。它表征的是共存于同一电磁环境的设备/系统互相兼容的程度好坏。国外在电磁兼容领域的研究和应用达到了较高的水平，我国在这一领域的理论和技术的研究起步相对较晚，关于电梯电磁兼容的标准目前直接引用欧洲标准，包括EN12015电磁兼容性 用于电梯、自动扶梯和自动人行道的系列标准 辐射和EN12016电磁兼容性 用于电梯、自动扶梯和自动人行道的系列标准 抗扰性。其中，EN12016中规定在801960MHz频段，10V/m的强度下，电梯的普通电路应能正常工作；对于安全功能电路，部分频段如1661000MHz要抵抗30 V/m强度的电磁干扰。首都北京是中国的政治经济文化中心，在某些重要场合，曾出现电梯不关门、不开门、不走梯等无规律的故障，造成了不好的影响。事后对出现故障的电梯进行复查，常规检验的技术参数正常，从各种现象分析多为信号错误或丢失造成的，经确认，故障现场曾存在着较强的电磁干扰信号。我们认为较强的电磁干扰信号影响了电梯的控制系统，致使故障发生，为此我们开展了电梯现场辐射抗扰度试验研究。2 技术路线在电波暗室对电梯的门机及控制系统进行辐射抗扰度测试，寻找使被测系统失效的敏感频段和强度；购置模拟电磁信号干扰系统和试验电梯，对试验电梯进行现场电磁辐射干扰试验，寻找使试验电梯失效或功能性丧失的频段和强度，并研究屏蔽和接地对电梯抗电磁干扰性能的影响；使用民用通讯装置对试验电梯或其他电梯进行电磁干扰试验，判断民用通讯装置是否干扰被测电梯。由于电梯监督检验规程中没有规定电梯的电磁兼容性能检验要求，相关试验仅作为电梯设备或子系统的电磁辐射抗扰度摸底测试。根据GB/T 17626.3-2006，电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验和EN12016-2004电磁兼容 产品类标准 电梯、自动扶梯和自动走道抗扰度，我们制定了试验方案，并于2008年4月组织信息产业部电子四所、航天五院、北京航空航天大学、上海三菱电梯等电磁兼容和电梯专家对试验方案进行了论证。3 电梯门机系统暗室辐射抗扰度试验研究3.1 试验方案在电磁兼容实验室向被测门机试验系统辐射干扰信号，发射天线分别采用水平极化和垂直极化，按照设备现场安装良好和拆除接地两种状态分别进行试验，试验频率范围80MHz2GHz，采用1kHz，80AM, 1频率步进，干扰场强10 V/m（部分频段按照EN12016标准中对功能安全电路的测试要求，强度达到30 V/m）。门机系统按照预先设定的开关门时间正常运行，在试验过程中不允许有性能降低或丧失，性能降低或丧失包括：试验门机系统不开门、不关门、开关门不符合设定时间、开门不到位、关门不到位。3.2 被测设备情况门机试验系统包括门机、开关门机构、轿门、门防护装置（光幕或光幕安全触板）及支撑钢架。试验系统通电后实现自动开关门，开关门所需时间可自定。被测门机系统采购自天津奥的斯、蒂森、宁波申菱、西子孚信等多家电梯或电梯配件公司，设备测试现场如图31所示。图31 暗室测试现场3.3 试验现象频段80-1000MHz：水平和垂直两种极化方式下多套门机系统均存在易发生关门不到位（轿门未完全关闭即迅速回弹）和不关门（轿门没有关门动作）的敏感故障。频段1000-1960 MHz：基本上没有敏感频段出现。以80-166MHz频段，垂直极化，3米法，强度10V/m，电源接地，有光幕试验的门机暗室试验监测数据说明试验故障现象。正常状态下，通过门机信号监测装置采集的开门信号、开门到位信号、关门信号、关门到位信号均为方波形式。如图32所示，当前接线方式下，开门信号、开门到位信号、关门信号为下降沿，关门到位信号为上升沿。门机按照预先设定的程序循环开关们，信号则为开门-开门到-关门-关门到不断循环。图32 门机正常运行信号在83MHz左右信号开始出现异常，异常表现为有关门动作关不上门、不关门等。有开门信号而无开门到位等信号时，门机表现为持续关不上门、不断抖动；后续各通道均无信号，门机没有任何动作，表现为不关门，如图33所示。图33 门机不关门故障信号在120MHz等处出现了关门时间过短即开门的异常。程序预设的关门1.4秒左右门打开，关门保持时间只有0.2秒左右，远小于预设值，如图34所示。图34 门机关门过短信号3.4 故障排查（1）接地通过对设备正常安装和拆除接地的试验数据进行分析，门机系统接地的存在不能完全消除故障现象，但可以减少故障点，起到一定的保护作用。（2）光幕将门机系统拆除光幕后进行测试，敏感频段消失，由此可得光幕是暗室测试的主要敏感源。（3）光幕结构试验光幕的外壳结构是塑料的，敏感频段较多；试验光幕的外壳结构是金属的，敏感频段极少。 （4）光幕朝向天线正对光幕照射，敏感频段非常多；天线隔门照射光幕，敏感频段相对较少。（5）极化方式水平极化方式对光幕的影响较大；垂直极化方式对导线的影响较大。（6）屏蔽对光幕导线包铝箔纸，门机系统的敏感频段基本相同；对光幕及其导线包金属屏蔽网，门机系统正常，无敏感频段。（7）安全触板有无安全触板，对门机系统的敏感频段无影响。3.5 小结（1）电磁辐射对光幕及其导线有较大干扰，且认为在电磁辐射环境下，门机系统故障主要是由于光幕及其导线受电磁辐射干扰引起的。（2）光幕及其导线的接地和屏蔽能有效增强其抗电磁辐射干扰的能力。（3）不同品牌的光幕其抗电磁辐射干扰能力有差异。（4）建议重点场所电梯的门机系统应采用屏蔽线缆和抗电磁辐射干扰能力强的光幕，并保证光幕接地良好。4 电梯现场辐射抗扰度试验研究4.1试验方案购置一套模拟电磁干扰设备并且搭建试验电梯平台，利用模拟电磁干扰设备向试验电梯发射干扰信号，寻找使试验电梯功能性降低或丧失的敏感频段和强度。发射天线分别采用水平极化和垂直极化，80AM, 1频率步进，场强为10V/m（频率80-166MHz）和30V/m（频率166-1000MHz），按照设备现场安装良好、拆除接地、拆除出厂屏蔽和拆除接地及出厂屏蔽四种状态分别进行试验。在试验过程中，试验电梯不允许有性能降低或丧失，性能降低或丧失包括：不开门、不关门、开门不到位、关门不到位、运行停止。4.2 试验设备（1）试验电梯试验电梯为上海三菱电梯有限公司出品，型号为GPS-，2层2站，经改造可以实现 “自动开关门上下运行到站自动开关门”。（2）模拟电磁干扰系统模拟电磁干扰系统包括电磁信号发射设备和监测设备。信号发射设备由信号发生器、功率放大器、发射天线(双锥天线20 MHz300MHz、对数周期天线80 MHz1.0GHz)、功率计、定向耦合器及其配套组成；信号监测设备由电磁场强探头及监视器组成。4.3 现场测试4.3.1 开关门测试（1）试验概况将电梯轿厢停放于一楼，使其自动开关门。试验干扰的目标是为轿厢门机及其控制系统，发射天线高度距离地面1.5米时，天线正对轿厢开关门的位置，电磁干扰场覆盖面包括轿门部分；发散天线高度距离地面2.5米时，天线正对轿厢顶部的控制箱及其接线的位置，干扰电磁场覆盖面包括轿厢顶部的门机控制系统及其接线。（2）试验结果a）天线试验高度为1.5米时，天线正对轿门部分，水平和垂直两种极化方式下，试验电梯未发现敏感频段。b）天线试验高度为2.5米时，天线正对轿顶控制箱，水平极化方式未发现敏感频段，垂直极化发现频段230350MHz有不开门、不关门现象，个别频点290301MHz有关门不到位现象，其中电梯在270280MHz多次出现故障不可自行恢复现象。c）天线试验高度为2.5米时，天线正对轿顶控制箱，拆除光幕接线后重复试验，水平极化方式未发现敏感频段，垂直极化时敏感现象基本能复现，确定了光幕（梯爱琼斯出厂）对试验过程中的敏感现象无影响。（3）故障排查a）故障排查重点放在垂直极化方式下敏感的频段230350 MHz之间。b）对轿顶门机控制箱、电机电源线、开关门手动控制器、门电机编码器信号线、开门到达信号线、关门到达信号线进行全屏蔽处理（使用金属屏蔽网全方位包裹，如图41，42所示），并保证其接地导通性重新试验，开关门无异常。c）通过逐一拆除b）步骤中的屏蔽处理措施，重新试验，确定影响电梯开关门故障的主要敏感源是电机电源线、开关门手动控制器和门机轿顶控制箱。（4）小结a）影响系统开关门的主要敏感源是：轿顶门机控制箱、电机电源线、开关门手动控制器。b）试验现场通过使用金属网对轿顶控制箱和相关线缆加强屏蔽的方法，电梯开关门正常。金属网屏蔽不严密时，就会出现电梯开关门不正常现象。c）干扰作用下出现故障的敏感频段中，大部分频段撤除干扰后，电梯通过系统自适应可以恢复正常运行；少数频点在干扰撤除后，故障仍不可恢复，需要在人工干预下恢复正常工作状态，严重时需要专业维修人员进行处理。图41 轿顶控制箱屏蔽处理图42 轿顶接线屏蔽处理4.3.2 机房控制柜测试 对电梯控制柜进行辐射干扰试验为避免电磁波在机房内部折射反射造成局部电磁场强超过测试强度，测试方法参考军标闭环测试，即以场强探头实时监测的数值达到既定目标值为准，试验场强10V/m(频段801000MHz），试验工况为现场安装良好、拆除接地、拆除出厂屏蔽、出厂屏蔽及接地都拆除四种，电梯工况为运行、开关门和运行开关门三种状态。4.2.1测试结果a)频段80166MHz，10V/m，双锥天线，水平极化和垂直极化两种方式下对开关门、运行和运行开关门没有影响。b)频段1661000MHz，10V/m，对数周期天线，水平极化和垂直极化方式对开关门、运行和运行开关门没有影响。c)频段1661000MHz，10V/m，对数周期天线，垂直极化方式，在接地拆除后的运行测试过程中，电梯出现控制板损坏故障无法启动。d) 电梯更换控制板恢复运行后的测试工况均在接地良好的情况下进行。频段1661000MHz，10V/m，对数周期天线，垂直极化方式，开关门试验时，如果控制柜的柜门打开的情况下，252274MHz出现电梯不开门的故障，控制柜门关闭后电梯恢复正常；电梯上下行并且开关门时，如果控制柜的柜门打开的情况下，频段243249、250272MHz出现电梯停止运行，同时不开门，上下楼指示灯无显示，需要对电梯断电再恢复处理后电梯恢复正常，控制柜柜门关闭后测试无故障出现。4.2.2 故障排查a)故障排查重点放在垂直极化方式下敏感的频段之间。b)对机房控制柜及其接线进行全屏蔽处理（使用金属屏蔽网全方位包裹），并保证其接地导通性重新试验，开关门、运行无异常。4.2.3 小结a)开关门试验时，设备出现敏感后，大部分敏感频段可以通过设备自身适应恢复正常运行。b)运行试验时，敏感频点出现过不可恢复故障，需要专业维修人员进行处理。c）拆除接地对设备运行极其不利，电梯试验后不能正常运行前的测试工况为拆除接地状态，厂家对故障控制电路板的诊断为电容损坏，电梯更换控制板恢复运行后的测试工况均在接地良好的情况下进行。d）对控制柜及运行控制系统进行全屏蔽处理后，重复试验，甚至敏感频段强度达到30V/m，电梯均正常。e）场强10V/m是控制柜抗扰度的门限值，某些频段的干扰场强超过此数值，电梯会发生故障。5 通讯装置对电梯的影响5.1 通讯设备情况1）对讲机a)通话频段220230 MHz，功率4W,距离天线20cm时场强可达60 V/m，距离天线40cm时场强可达40 V/m；b)通话频段410470 MHz，功率4W，距离天线20cm时场强可达30 V/m，距离天线40cm时场强可达20 V/m;c)通话频段420440 MHz，功率6W，距离天线20cm时场强可达70 V/m，距离天线40cm时场强可达40 V/m;多台(套)对讲机一起发射，最大场强可达400 V/m，如图51所示。2）海事卫星电话发射频段1616-1626.5 MHz，功率0.57 w，发射场强可达40 V/m，如图52所示。3）车载电台发射频段144146、430440 MHz，功率50W，距离天线20cm时场强可达110 V/m，距离天线40cm时场强可达70 V/m，最大发射场强可达180 V/m。4）手机屏蔽器同时发射频率为800、900、1800、1990 MHz，功率5W，距离天线20cm时场强可达90 V/m，距离天线40cm时场强可达60 V/m，最大发射场强可达100 V/m，如图53所示。5）对讲机屏蔽器同时发射频段136174、200285、330390、400520、600700、760870MHz，功率5W，距离天线20cm时场强可达80 V/m，距离天线40cm时场强可达50 V/m，最大发射场强可达80 V/m，如图54所示。51 对讲机52 海事卫星电话53 手机屏蔽器54 对讲机屏蔽器5.2 试验工况将相关通讯装置开到通讯状态，使通讯装置接近电梯轿门光幕、门机轿顶控制箱，保持发射场强一定时间，看此工况下，电梯开关门或运行是否正常。5.3 试验结果（1）试验电梯 使用对讲机（220MHz-230MHz）对准之前所测试的敏感部位（轿顶控制箱、电机电源线、检修开关控制线），电梯不开门，此时现场测量电磁场强为48V/m，超过了EN标准对功能安全电路辐射抗扰度30 V/m的规定，且故障出现后需要较长时间才能自行恢复。（2）在用乘客电梯（中钢国际大厦，与鸟巢同型号无机房电梯）a）手机屏蔽器作用时，电梯处于开关门状态时： 距离电梯厅门40cm，高度为130cm，产生不关门现象。 距离电梯厅门60cm，高度为130cm，正常运行。 距离电梯厅门55cm，高度为130cm，正常运行。 距离电梯厅门20cm，高度为85cm，手机屏蔽器正对轿门，设备正常运行；手机屏蔽器偏转20偏对轿门，电梯关门不到位；关闭屏蔽器后恢复正常。 距离电梯厅门20cm，高度为46cm，正常运行；b）手机屏蔽器作用时，电梯处于开关门运行状态时：距离电梯厅门40cm，高度为130cm，产生不关门现象。（3）自动扶梯自动扶梯选择新光天地和地铁五号线（带光电接近开关）的在用设备，制造厂为迅达（中国）电梯有限公司，经电磁干扰测试，上述的通讯设备对其没有影响。5.4 小结（1）通讯装置发射功率较大或发射距离电梯电气及控制系统较近造成局部电磁场强较大，可以导致电梯开关门运行故