安全继电器电路

UCMP的逻辑骨架

拉克什马南·拉贾

意外轿厢移动保护系统 (UCMP) 旨在防止或阻止因电梯机或驱动控制系统单点故障导致轿厢在层门未解锁且轿厢门保持开启状态时偏离层站。UCMP 系统包含三个核心组件：用于监测意外移动的检测机制、控制机制以及在检测到意外移动时安全停止轿厢的停止机制。

本文重点介绍控制机制：安全继电器电路，它通过提供冗余监控、故障检测和故障安全响应能力，构成了 UCMP 控制的逻辑骨干。

为了理解这个安全继电器电路的逻辑，我们从一个简单的启动-停止电机控制电路开始，逐步改进，最终得到安全继电器电路。 

在深入探讨之前，我们有必要先熟悉一些重要的术语： 

• 继电器——继电器和接触器就像自动开关。通过控制流经其线圈的电流，我们可以决定何时接通和断开电源。它可能具有一个或多个触点对，这些触点可以是常开的，也可以是常闭的。
• 常开 （NO） 以及常闭触点 （NC） — 对于电气继电器和接触器而言， 常闭/常闭 它基于线圈未连接任何电源时电触点的状态。对于机械开关，它是指其触点在空闲状态下的状态，即没有外部机械能施加到开关机构上时的状态。 
• 力导向触点/机械联动触点——这是一种特殊的继电器触点设计，其中所有触点通过继电器内部的刚性连杆机械连接。这种结构确保即使一个触点卡死或熔合，其他触点也不会独立改变状态。换句话说，它们的运动是机械同步的，从而可以检测到触点故障。 

简易启停控制

我们首先从一个简单的电路开始讨论，即图 1 所示的电机启停控制电路。控制继电器是 是 代表控制电机电源的接触器。启动装置是一个按钮。 没有 触点，停止按钮是另一个按钮，带有 NC 联系。 

当所有部件接线正确且电源接通后，按下启动按钮会闭合触点，接通继电器的线圈。 A 连接到电源。这使继电器通电，使其常开触点通电。 A1 在第一梯子上和 A2 在第二级，关闭。自从接触 A1 它连接在启动按钮两端，为线圈提供必要的电源，并在启动按钮松开后保持继电器处于闭合状态。 A2 连接电机接触器 M 连接到电源。按下停止按钮时，它会断开继电器的供电线路。 A这反过来又会切断对……的供电。 M 接触器。它会切断电机的电源。 

这里出现了一个重要的问题。当我们按下停止按钮时，我们有多大把握电机接触器的电源会被切断？

增加冗余 

图 1 所示电路中最严重的安全故障发生在继电器动作时。 A 由于接触焊接，它卡在了带电位置。结果， M 接触器通过永久闭合的开关持续通电。 A2 接触不良，按下停止按钮无效。为了解决这个问题，我们添加了第二个继电器。 B为了冗余，如图 2 所示。

还有一种可能是停止按钮发生机械故障卡住，导致无法在需要时正常工作。因此，需要一个包含两个停止按钮的停止开关。 NC 电路中使用了触点，并且两个触点串联连接。因此，即使其中一个触点发生机械故障卡住，按下停止按钮时至少另一个触点也能断开电路。这样，如图 2 所示的控制继电器和停止开关电路就增加了冗余设计。 

图 2 所示电路的一个重要缺陷是，如果继电器 A 或继电器 B 因触点熔焊而卡死，电路仍会继续按预期工作。停止开关触点也存在同样的问题。然而，用户只有在两个元件都卡死后才会发现其中一个元件发生故障。这很危险，我们该如何解决这个问题？ 

冗余监控 – 故障检测

如果冗余设计缺乏适当的监控和故障检测，就会失去冗余的意义。它会导致故障累积，而用户却浑然不觉。为了解决这个问题，必须实现故障检测电路。

在图 3 所示的电路布置中，继电器 C 用于监测继电器的状态 A 和 B 检查是否存在接触焊接迹象。“监测”一词含义可能模糊，因此明确监测频率至关重要。在这些装置中，检测发生在每次启动循环之前。我将在下一段中详细解释。

假设各元件已按照图 3 的原理图连接，并且电源已接通。继电器 C 第二级将通过……开启 NC 联系 A2、B2 继电器 A 并接力 B. 现在按下启动按钮，触点闭合，继电器线圈接通。 A 和 B 通过电源 C1 第一级触点通电。这会使两个继电器都通电，然后它们会打开第二级触点，从而导致继电器动作。 C 断电（注：延时元件连接在继电器的线圈上） C 这将延缓它在接力赛前过快起飞。 A 和 B 打开。）断电 C 继电器不会断开继电器的电源 A 以及中继 B 由于自持路径的存在，第一级横档处会形成线圈。 C1 以及由……形成的启动按钮 A1、B1 触点。当继电器 A 和 B 通电，继电器 C 断电时， M 第三梯级的接触器连接到电源。

按下停止按钮后，即可有效地切断两个继电器的电源。 A 和 B 第一级线圈。如果任一继电器中发生触点焊接。 A 或中继 B由于冗余设计，M接触器的电源仍然按预期被切断。  

焊接触点可能导致该继电器卡在“导通”位置，从而阻止电源到达继电器。 C 第二级线圈。没有继电器 C 由于通电后，下一次启动操作无法进行。 C1 第一级触点。这样，任何因继电器触点熔焊导致的故障都无法避免。 A or B 由继电器检测到 C并且这种检测在随后的启动周期中是有效的。

图 3 所示电路可以监测输出继电器的状态。那么，输入控制触点（例如停止开关和启动按钮）卡滞的问题该如何处理呢？图 4 所示电路解决了这些问题。 

具有冗余和故障检测功能的末级电路

如图 4 所示电路中，第 1 和第 2 梯级使用了两个停止开关触点，构成双通道控制。这样可以监控每个触点，确保冗余性。启动按钮已升级为具有两组触点的设计：一组触点用于启动，另一组触点用于启动。 NC 和另一个 没有它们通过刚性连接连接。因此，监测 NC 启动按钮的触点能够准确反映另一个触点位置的真实状态（与力导向继电器相同）。

当按下停止按钮时，如果它的其中一个 NC 如果触点熔焊或卡在闭合位置，则该特定梯级（通道）中的继电器将保持通电状态，而其他通道中的继电器将断开。因此， M 接触器将按预期与电源断开。同时，由于停止开关触点卡滞，继电器将持续通电，从而阻止…… C 继电器无法启动，从而阻止下一次启动操作。

如果启动按钮一直卡在“开”的位置，就会阻止其常闭触点闭合。因此，这将导致发动机停止运转。 C 继电器在下一个周期无法通电，从而阻碍下一次启动操作。因此，图 4 所示电路在控制继电器、开关触点和监控方面采用了冗余设计，以防止故障在下一个启动周期中累积。

注：本文中，电机接触器的焊接部分属于此类。 M 不在本文讨论范围内。本文重点仅在于理解安全继电器电路的逻辑和工作原理及其在UCMP系统中的应用。

在UCMP中的应用

一个采用继电器的安全继电器电路示例 A，B 和 C 下面描述了 UCMP 的一种实现方式，假设电梯控制器执行以下任务。

• 在电梯提前开门过程中，当电梯接近指定楼层时，电梯控制器会在确认轿厢位于安全调平区域内后，激活门桥接（DB）触点。这一确认是通过接通由调平板控制的开关S1和S2实现的。
• 此外，当轿厢门槛与楼层门槛之间的水平差超过规范允许的距离±20毫米时，会激活门桥信号，以便重新调平。 

在上述任何一种情况下，如果车辆到达的位置使得S1或S2未与调平板接合，则相应的开关触点断开，系统将通过打开车门桥接触点来启动停车功能。这样，就能防止意外移动。 

门桥接触点由以下串联组合构成： A4，B4，C4 和 D2. 

A3 和 B3 系列组合可用于向电梯控制器发出确认信号，表明特定楼层的调平板已与电梯顶板啮合。 S1 和 S2 开关，即汽车更靠近平台，并且位于解锁区域内（见图 5）。 

仔细观察电路图，你会发现它与我们之前讨论过的安全继电器电路有关。 

在这种配置中， S1 和 S2 用作停止开关，而 DB 控制键充当启动按钮。触点 S1 和 S2 它们各自的梯级构成了一个双通道控制电路。该电路中使用的继电器是力导向的。 C 继电器用于故障检测和监控。当电路中发生短路时，继电器会发出警报。 S1 和 S2 由于开关故障或其他原因导致接触不良 DB 由于电梯控制系统故障，控制系统始终处于开启状态。 C 继电器不会接通，因此阻止了下一个操作周期。这可以防止故障累积，并确保始终存在冗余。如果所有开关触点和控制继电器都正常，则门锁电路将保持短路状态；如果其中任何一个组件发生故障，则短路将断开。由此，UCMP停止功能得以实现。

结语 

本文从简单的启停控制入手，逐步为输入输出控制增加冗余，并引入故障检测功能。这种方法有助于读者理解和掌握安全继电器模块的控制逻辑，该模块用于检测电梯轿厢的意外移动。虽然使用安全继电器的检测系统可靠，但只有当用于停止轿厢的装置正常工作时，电梯轿厢意外移动检测系统（UCMP）才能正常运行。如果采用冗余制动组，则必须按照规范要求对每个制动组及其监控开关进行测试，并定期检查。 

案例

[1] EN 81-20:2020 — 电梯构造和安装安全规则 — 客货运输电梯 — 第 20 部分：客货电梯

[2] EN 60947-5-1:2004，低压开关设备和控制装置—第5-1部分：控制电路装置和开关元件—机电控制电路装置（IEC 60947-5-1:2003） 

[3] IEC 61810-3:2015 – 机电式基本继电器 – 第 3 部分：带强制导向（机械连接）触点的继电器

[4] D. Macdonald，《实用机械安全》，英国牛津：Newnes出版社，2004年。