常用几种检测扶梯超速、逆转保护功能方法缺点和误判现象的分析

       自动扶梯（人行道）预防超速和非操纵逆转的安全保护装置与垂直升降电梯的限速器一安全钳保护装置一样重要，是自动扶梯（人行道）在运行中出现非常危急状态时的最后一道安全防线。北京地铁扶梯逆转事故、深圳地铁扶梯逆转事故已经表明扶梯超速和逆转会带来的严重后果。因此，对于自动扶梯（人行道）的超速、非操纵逆转保护功能的检测是十分关键和必须的，这两个项目在2002版《自动扶梯和人行道监督检验规程》里也是重要项。
       然而，2002版《自动扶梯和人行道监督检验规程》里对这两个项目并没有给出明确是的检测方法，只是描述为“外观检测、手动试验”。确实，因为不同的制造厂商采用不同的设计原理，很难去用一种通用的检测方法去检测。因此，不同的检验机构或者不同的检验人员针对不同的扶梯（人行道）采用不同的方法。目前大多数文章介绍的，现场检验中常用的几种方法有：(1)人为动作电气开关，用钥匙开扶梯，观察扶梯是否能运行；(2)人为拆除传感器的信号线，用钥匙开启扶梯，观察扶梯是否能运行；（3）人为拆除电机的驱动电源线，用钥匙往下开扶梯，然后用盘车轮向上盘车，观察扶梯电气系统是否能自动保护。（4）把电机线反接，用钥匙开梯，观察扶梯是否能保护。然而，根据笔者最近几年针对各种型号扶梯的检验经验和研究，发现上述四种方法都不同程度上存在着缺陷和误判现象。以下分别针对四种检测方法的原理和检测缺点和漏洞一一介绍。
       人为动作开关法
      人为动作电气开关，用钥匙开扶梯，观察扶梯是否能运行。这种检测方法只能适合于采用机械原理设计的超速或者逆转保护装置的检验。机械式超速保护装置原理（如图1）与垂直电梯的限速器类似，都是靠电梯超速时，甩块在离心力的作用下撞击电气开关，从而实现电气保护功能。

图1  机械式超速保护装置示意图

       通常在检验时，人为的动作电气开关后，用钥匙开启扶梯，扶梯不能启动，就人为扶梯的超速保护功能就合格了。然而，事实上真的可以认为该扶梯的超速保护功能就合格了吗？答案是“不一定合格”。根据GB16899-2011的条款5.4.2.3“自动扶梯和人行道应在速度超过名义速度的1.2倍之前自动停止运行。如果采用速度限制装置，该装置应能在速度超过名义速度的1.2倍之前切断自动扶梯或自动人行道的电源。”上述的检验只是证明了该电气开关能切断扶梯（人行道）的电源而已，并不能证明扶梯在速度到达名义速度1.2倍前，该速度限制装置能切断扶梯的电源，因为并不能确定在扶梯速度到达1.2名义速度前，甩块是否能撞击电气开关。这种机械式的速度保护装置跟垂直电梯的限速器一样有一个螺钉来调整动作速度，但是，它却不像垂直电梯的限速器一样出厂有调试证书或者每两年做一次速度校验。因此，也许甩块在扶梯速度到达名义速度1.3倍，或1.4倍或者更高的时才能撞击电气开关，这完全决定于出厂时的组装和工人安装。笔者在检验时曾发现一台运行多年上海三菱的扶梯，其速度保护装置时采用机械式的，其动作速度被调整得很高，在扶梯超速时，甩块根本打不到电气开关。综上所述，这种检验方法是带有很大缺陷和风险的。

      通常，对于机械式逆转保护装置，也是采用人为动作电气开关的方式来检查。比较常见的一种机械式逆转保护装置如图2所示。

图2   机械式逆转保护装置示意图

       图2所示的机械式逆转保护装置，由一个带凹槽的滚轮和一个电气开关组成，扶梯运行时，滚轮被大链轮轴带动旋转，而电气开关的连杆被压向一边，电气开关导通，扶梯反向运行时，电气开关连杆被压在另一边，也是导通的。但是扶梯要从一个运行方向过渡到另外一个运行方向，必定会经历连杆完全嵌入滚轮凹槽的时刻，该时刻，开关是不导通的，因此，可以实现逆转保护。在检验时，检验员通常只检查电气开关是否有效，如果电气开关有效，则认为该扶梯的逆转保护功能合格。然而，事实并不一定，这种机械式逆转保护装置对安装工艺有要求，如果电气开关安装位置不好，或者是电气开关的连杆有问题，都会导致失效。原因是，如果电气开关安装位置不好，导致扶梯发生运行方向改变时，电气开关不会陷入凹槽，从而，使得扶梯从上行到逆转下行整个过程中，电气开关一直都是导通的，逆转保护装置失效。笔者就曾经遇到过这样的情况，某厂家的扶梯，采用上述的机械式逆转保护装置，用手动试验开关，没问题，但是扶梯发生逆转时，开关一直导通，后来发现是开关安装位置不好，连杆的刚性不够，导致该装置失效。
       人为切除信号法

       人为切除信号法，这种检测方法针对利用传感器测速原理设计的超速和逆转保护装置。有的扶梯用接近传感器，有的扶梯用旋转编码器、有的用光电管，其实原理都相同，就是利用传感器采集扶梯运行速度，当扶梯运行速度超过设定值，或者低于设定值（认为扶梯将要发生逆转），电气系统就会保护。

图3  扶梯速度监控装置示意图

       如图3所示是一种比较常见的扶梯速度监控装置，电机的输出轴上有驱动齿轮，齿轮上安装2颗螺钉，螺钉旁边安装一个接近传感器，当电机运行，齿轮旋转，螺钉会周期性的去接近传感器，当螺钉接近传感器，传感器会输出信号，电机轴转一圈，传感器产生2个脉冲，电机转的越快，扶梯运行的越快，传感器产生的脉冲频率就越高，因此能起到监控扶梯速度的作用。

       通常在检验员在检验时，拆除传感器的信号线，启动扶梯，如果扶梯保护，就认为该扶梯的超度和逆转保护功能都有效。然而，事实上，切除信号后，扶梯保护，只能证明扶梯在传感器无输出信号时（也就是扶梯速度为零时）会保护，并不能证明扶梯在超速时能保护，因为检验员并不知道该扶梯的速度监控软件写的是否正确，软件的速度阈值设置是否正确，传感器的信号是否有干扰导致扶梯的测速系统计算错误。举个笔者曾经碰到过的例子，一个扶梯厂家为了减少售后麻烦，把速度监控软件的超速阈值设成了150%名义速度（如果阈值设置得低，就要求安装扶梯时，传感器等的安装位置精确可靠，否则扶梯运行时，比较容易导致扶梯超速保护,增加厂家售后压力），显然这台扶梯的超速保护功能是不合格的，但按上述切除信号法检测是检测不出来的。上述这样的情况，笔者碰到过不止一次，也发现不止一个厂家是这样做的。此外即使是速度监控软件正确，传感器的脉冲信号由于传感器电缆过长，分布电容和电感，电磁干扰等因素导致信号畸变，影响速度监控的正确性，导致速度监控失效，这些用人为切除信号法是检测不出来的。如图4所示是一个扶梯速度监控的正常信号；如图5是一台速度监控功能失效扶梯的传感器信号，这些信号都是在现场用示波器测量出来的，图5对应的扶梯速度监控失效，超速保护失效，逆转保护也失效，但是用人为切除信号法检测，拆除信号线后，扶梯是不能启动的。原因是传感器的电缆很长，没有做屏蔽，被旁边的变频器干扰了，导致速度监控错误

图4 正常脉冲信号

图5  受干扰的脉冲信号

 
      盘车法
      拆掉扶梯电机电源线，用钥匙往上开扶梯，然后用盘车轮往下盘车的方法检测，如果盘车时扶梯电气系统保护，则一般该扶梯逆转保护有效。事情上，这里存在着两个缺陷：第一，电机电源线拆除后，用钥匙开扶梯，扶梯电气系统很可能因为检测到电机开路而启动保护（尤其有变频器的扶梯，变频器能检测到输出开路，日立的某些扶梯就有这样的保护设计），这并非是扶梯的逆转保护功能起作用，而检验员很容易被这样现象“欺骗”，误认为开梯后扶梯的电气保护就是逆转保护起作用了；第二，很多扶梯的防逆转保护是通过欠速保护实现的（譬如扶梯的速度下降到名义速度的30%或者20%、甚至下降为零，扶梯电气系统就认为扶梯可能要发生逆转，从而启动保护功能），如果某型号扶梯的逆转保护是通过检测零速来实现的，那么很可能导致检验员误判。检验员用方法3来检测，也就是说先拆除电机线，一边往上启动扶梯，一边往下盘车，这时，由于盘车导致扶梯速度不为零，扶梯的逆转保护没有起作用，检验员却误以为该扶梯没有逆转保护功能失效，导致对该项目的误判。
      电机线反接法
      检验员把电机的三相电源线顺序调换一下，要钥匙往上开扶梯，这时扶梯会往下运行，如果扶梯电气系统能保护，则认为该扶梯逆转保护功能有效，如果扶梯不会自动保护，则认为扶梯逆转保护失效。然而，这种方法也容易导致误判，原因跟方法3的误判原因相似。有些扶梯的逆转保护是通过检测扶梯的零速来实现的，一旦电机线反接了，一开扶梯，扶梯就反方向运行，但是扶梯没有经过零速这一过程，因此扶梯不会自动保护。因此该扶梯的逆转保护不是失效，而是检测方法不正确而已。
      总结
      自动扶梯（人行道）的超速和非操纵逆转保护功能检测一直是业界一个难题，原因在于实现上述功能的装置和原理有多重多样，而检测方法却很依赖于保护装置的设计原理。