机械式停车设备紧(应)急停止开关的检验

起重运输机械杂志社2018-06-24 20:37:08



作者:陈 聚  阮一辉  陈 通

摘要:给出了机械式停车设备紧(应)急停止开关设置位置的电气图,根据电气图详细介绍了紧(应)急停止开关在紧急情况下如何迅速切断动力回路总电源,说明了判断紧(应)急停止开关的电气线路设计是否符合相关安全技术规范和标准的要求,针对检验中常见的单通道可编程控制器的设计可能带来一定的安全隐患,提出了相应的解决方案。

Abstract: The paper gives the electrical diagram showing the position of emergency stop switch of mechanical parking equipment and elaborates on how the switch quickly cuts off the total power supply to the power circuit in case of emergency in accordance with the electric diagram. The paper also specifies the requirements for determining whether the electric circuit of the switch is designed in compliance with relevant safety technical specifications and standards and puts forward corresponding solutions to eliminate common safety hazards found during inspection resulting from the design of single-channel programmable controller.

关键词:紧 ( 应 ) 急停止开关 ; 总动力电源接触器 ; 可编程控制器

Keywords: emergency stop switch; total power supply contactor; programmable controller


       紧 ( 应 ) 急停止开关(以下简称停止开关)作为机械式停车设备(以下简称停车设备)重要的电气安全保护装置,在停车设备安全运行中起着非常重要的作用。特种设备安全技术规范 TSG Q7016 - 2016《起重机械安装改造重大修理监督检验规则》、TSG Q7015 -2016《起重机械定期检验规则》和 GB17907 - 2010《机械式停车设备通用安全要求》中对其都作出了明确的规定。

1 相关安全技术规范、标准的规定

       上述特种设备安全技术规范和标准规定停车设备的停止开关应符合以下要求:

1) 在便于操作的位置应当设置停止开关,以便在发生异常情况时能使停车设备立即停止运转;

2) 若停车设备由若干独立供电的部分组成,则每个部分都应当分别设置停止开关;

3) 若停车设备由转换区、工作区组成,则每个区域都应当配备单独的停止开关;

4) 停止开关的设计应当符合 GB 16754—2008《机

械安全急停设计原则》的要求;

5) 在紧急情况下能够迅速切断动力回路总电源, 但是不应当切断电源插座、照明、通风、消防和警报电路的电源;

6) 停止开关的复位应当是非自动复位,复位不得引发或者重新启动任何危险状况。

       上述条款第 1)至第 3)条规定了停止开关设置的位置要求,即应设置在便于操作的位置,如操作装置上。停车设备若有多个操作装置时,则每个操作装置都须设置停止开关。若停车设备由若干独立供电部分组成,如水平循环类停车设备的升降系统和水平循环系统都应分别设置停止开关。存在转换区的停车设备,如操作方式为无人方式时,转换区和工作区都应设置单独的停止开关。第 4)和第 6)条规定了停机方法、停止开关结构形式和开关复位后的要求。根据停车设备工作原理,停车设备的急停功能是通过立即切断机器的动力源来实现停机。停止开关结构应为红色并非自动复位形式,即双稳态按钮,复位动作应由触动停止开关本身产生,而不是触动其他按钮。停止开关复位后,给停车设备下达动作指令,其不应产生动作。只有通过触动启动按钮、接通电源或解除可编程控制器(以下简称 PLC)故障锁定后,其才能接受指令产生动作。第 5)条规定了停止开关在紧急情况下应能够迅速切断动力回路总电源。

       首先,由断路装置的主触点切断动力回路总电源, 而不是停止开关本身切断动力回路总电源。由于停车设备的电气容量不大,其断路装置一般采用总动力电源接触器,停车设备所有机构电动机的动力回路电源线须全部从总动力电源接触器出线端引接。其次,停止开关应立即可靠地切断总动力电源接触器线圈电源,不应出现延时或命令失效情况。最后,停车设备的电源插座、照明、通风、消防和警报电路的电源应从总动力电源接触器进线端引接,保证停止开关不切断停车设备的上述电路的电源。

2 举例分析

       以停车设备最常见的升降横移类为例,说明在检验中如何判断停止开关是否符合上述第 5)和第 6)条规定。以二层五车位为例,如图1 所示。若2 号和4 号车位出车,汽车可直接从台板开出。若 1 号车位出车,则 2 号、4 号台板横向右移一个车位距离,1 号台板垂直下降到地面, 然后汽车开离载车板。若 3 号车位出车,则 4 号台板横向右移一个车位距离,3 号台板垂直下降到地面,然后汽车开离载车板。若 5 号车位出车,则 5 号台板垂直下降到地面,然后汽车开离载车板。存车过程原理相同。


2.1 停止开关控制继电接触器由继电接触器的触点控制总动力电源接触器

       电气框图见图 2,由执行组件、检测组件和控制组件组成,包括总接触器、继电接触器、超前光电开关、超后光电开关、上限位开关、下限位开关、横移位置开关、热继电器、相序保护器、松链(绳)保护开关。


        执行组件: 三相电源经断路器 Q1 →总动力电源接触器 KM →方向接触器 KMU(或 KMD)→热继电器FRV →升降接触器 KM1、KM3、KM5 →载车板升降电机;三相电源经断路器 Q1 →总动力电源接触器 KM → 方向接触器 KMU( 或 KMD)→ 横移接触器 KM2、KM4 →热继电器 FR2、FR3 →载车板横移电机。

       检测组件:总接触器 KM,继电接触器 KA2,超前、超后光电开关,上、下限位开关,横移位置开关,热继电器,相序保护器,松链(绳)保护开关,其他需要设置的检测元器件。

       控制组件: PLC 根据操作面板的操作指令和来自各个检测组件的信号按程序进行处理,并输出执行信号给接触器 KMU( 或 KMD)、KM1( 或 KM3 和KM5)、KM2、KM4,实现停车设备载车板的各种动作。

       控制总动力电源接触器的电气原理图见图 3 所示。相序保护器F1 常开触点闭合→继电接触器KA1 吸合(由停止开关 S1 控制)→继电接触器 KA2 吸合(由越程开关 SQ16、SQ26、SQ36 控制)→接触器 KM 吸合。这是笔者在平时检验中最常见的电气线路图。停车设备遭遇如 PLC 发生故障造成误动作,载车板的链(绳)条提升不同步造成载车板倾斜,上、下或横移限位失效, 防坠器故障等紧急情况时,操作人员立即按下停止开关S1 →继电接触器 KA1 失电,其常开触点断开→接触器KM 线圈失电断开,从而切断所有载车板电机动力电源, 停止载车板继续朝着危险方向运行。符合第 5)条款要求,即停止开关在紧急情况下能够迅速切断动力回路总电源。同时由于接触器 KM 断开, PLC 的监视定时器等自检功能检测到故障, PLC 储存接触器 KM 断开故障信息并保持锁定。如操作人员使停止开关 S1 复位, 接触器 KM 吸合,虽然此时 PLC 相应输入端恢复信号输入,但由于其故障锁定没有解除,PLC 不会输出执行信号。只有解除故障锁定,才能使 PLC 恢复工作并接受操作面板指令。符合第 6)条款要求,即停止开关的复位不得引发或者重新启动任何危险状况。因此,图 2 电气框图中停止开关设置符合相关特种设备安全技术规范和国家标准要求。


2.2 停止开关作为 PLC 输入由 PLC 控制总动力电源接触器

       日常检验中,也会遇到如图 4 电气框图。对比图 2 和图 4,主回路中省略了一个总动力电源接触器 KM 和控制接触器 KM 的外围线路(见图 3),停止开关 S1 接入 PLC 的输入端,工作原理与图 2 基本一致。正反向接触器 KMU(或 KMD)充当总接触器,由于接触器KMU(或 KMD)吸合频率相对于图 2 中接触器 KM 要高得多,为了防止接触器触点粘连故障造成安全事故, 设计时将接触器 KMU、KMD、KM1、KM3、KM5、KM2、KM4 的常闭触点全部接入 PLC 输入端,PLC 每次运行前要检测上述接触器的常闭触点是否闭合。接触器 KMU(或 KMD)吸合和断开是通过 PLC 的程序控制。当停车设备出现除 PLC 故障外的其他故障时,操作人员按下停止开关 S1, PLC 的监视定时器等自检功能检测到停止开关 S1 断开故障,则输出执行信号全部关闭, 使接触器 KMU(或 KMD)断开,从而切断所有载车板电机动力电源。同时 PLC 停止工作,储存停止开关 S1 断开故障信息并保持锁定。因此,在上述情况下,图 4 电气框图中停止开关设置符合第 5)和第 6)条款要求。

但是,由于通常停车设备所采用的都是小型 PLC,PLC 采用单个 CPU,即单通道器件,安全可靠性等级不是很高。当停车设备 PLC 中的 CPU 发生故障,致使停车设备错误运行而造成重大危害时,此时按下停止开关S1 不能控制PLC 输出执行信号关闭,接触器KMU(或KMD)不会断开,从而不能迅速切断动力回路总电源。所以,当出现 PLC 故障时,图 4 电气框图中停止开关设置不符合第 5)条款要求。GB 5226.1—2008《机械安全 机械电气设备 第 1 部分:通用技术条件》虽然把“不应使用可编程序电子设备实现 0 类急停功能”的相应条款已经删除,承认了软件控制在安全电路中的合法性,但是要提供失效情况下降低风险的措施,如采用部分或完整的冗余技术。大型 PLC 具备冗余技术,它由两套完全相同的系统组成,两块 CPU 模块使用相同的用户程序并行工作,其中一块是主CPU,另一块是备用CPU,当主CPU 发生故障时,备用CPU 自动投入工作, 即为双通道器件。可见,大型 PLC 相对于小型 PLC 的可靠性更高。因此,通过 PLC 控制总动力电源接触器时,不能采用小型 PLC,而应采用具备冗余技术的大型PLC。


3 结束语

       综上所述,当采用 PLC 控制总动力电源接触器, 为了避免 PLC 出现异常、误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故,除了在控制程序中加以考虑之外,PLC 外部还应设计类似如图 3 的外部紧急停车电路,使其在 PLC 发生故障时,通过停止开关能够迅速切断动力回路总电源,停止停车设备继续朝着危险方向运行。如 PLC 外部不设计外部紧急停车电路,则应采用由双 CPU 构成的大型 PLC,通过冗余技术,提高其工作可靠性,保证停车设备的本质安全。

参考文献

[1] TSG Q 7016—2016 起重机械安装改造重大修理监督检验规则[S].

[2] TSG Q 7015—2016 起重机械定期检验规则 [S].

[3]GB17907—2010机械式停车设备通用安全要求 [S].

[4]GB 16754—2008机械安全急停设计原则 [S].

[5]GB 5226.1—2008机械安全 机械电气设备 第 1 部分:通用技术条件 [S].

[6] 王兆义 . 可编程控制器教程 [M]. 北京:机械工业出版社,2004.

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