基于速度监测原理的扶梯超速和逆转保护装置失效原因探讨 扶梯安全保护装置
时间：2019-04-21 03:19:54 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
基于速度监测原理的扶梯超速和逆转保护装置在自动扶梯和人行道中使用越来越广泛，但是设计不合理的保护装置会导致失效。本文通过详细分析基于速度监测原理的扶梯超速和逆转保护装置失效情况，给出了设计失败的原因，并提出了改进方法。
速度监测原理；乃奎斯特采样定理；采样频率欠速保护阈值
自动扶梯(人行道)的防逆转设计原理一般分为两种：机械原理式和速度监测原理式。而基于速度监测原理的保护装置除了可以实现逆转保护之外，还可以进行超速保护，同一套装置可以实现两个功能，因此基于速度监测原理的超速和逆转保护装置的应用越来越普及。目前和近几年出厂的扶梯(人行道)都采用了基于速度监测原理的超速和逆转保护装置。然而，笔者在日常检验时候发现某些厂家设计的基于速度监测原理的超速和逆转保护装置存在设计缺陷，导致扶梯超速和逆转保护装置失效。
基于速度监测原理的超速和逆转保护装置的工作原理是：利用传感器（如接近传感器、旋转编码器、光电开关、霍尔传感器等）对自动扶梯（人行道）进行速度采集，当被监测的扶梯速度高于某一值（如120%名义速度）系统就认为扶梯发生了超速，会立刻切断电源，制停扶梯；当监测的扶梯速度低于某一值或者为零，就认为扶梯将要发生逆转危险，会会立刻切断电源，制停扶梯。从原理上看，并没有错误或者缺陷，问题是出在扶梯的速度监测和采集上，也就是电气系统把扶梯的速度信号（模拟信号）转化成数字信号的过程中出问题。笔者通过检测和咨询厂家发现，某些扶梯的电气系统对扶梯速度的采样（采集）频率，不满足奈奎斯特采样定理，从而导致采样出来的速度数据不能真实反映扶梯的运行状态，结果导致扶梯的超速和逆转保护失效。
在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>=2fmax)，采样之后的数字信号才能完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5~10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。某些扶梯电气系统的采样频率太低，不满足采样定理，电气系统不能及时监测到扶梯速度的变化，从而导致保护功能是失效。下面具体分析某类扶梯是超速和逆转保护功能是如果失效的，为何失效。
图1 扶梯超速时采样频率低 图2 扶梯超速时采样频率高
的情况 的情况
1.超速保护失效的情况
图1所示，曲线ABC是某扶梯的运行曲线，扶梯从时刻0开始以名义速度运行，在A点开始发生异常加速，直到C点扶梯速度已经超过名义速度40%。根据16899-2011，扶梯应该在速度到达名义速度120%前制停，但是，从图上可知，直到扶梯速度在到C点才被监测系统采集到，也就是说，扶梯要运行到140%名义速度才会被监测系统发现，并制停，明显该扶梯的超速保护失效，原因是扶梯电气系统的采样频率太低。
如果该扶梯的电气系统采样频率提升为原来的2倍，如图所示，扶梯的监控系统就能及时发现扶梯超速，并在120%速度时切断电源并制停扶梯。
2.逆转保护失效的情况
同理，采样频率过低，也会导致扶梯逆转保护失效。如图3所示，扶梯按速度曲线ABC运行。如果该扶梯的逆转保护是通过监测低速（或者阈值设定很低，接近零），而采样频率又比较低，那么如图3所示，在扶梯发生逆转时，电气系统所采集到的数据所恢复的曲线原本应该是图3，但是因为采样频率过低，恢复出的曲线发生失真，如图4所示，也就是说，扶梯逆转保护系统被采集到的数据曲线4所欺骗了，自然，电气系统并不能监测出零速度或者低速，逆转保护就是失效了。
通过上述的分析可知，如果扶梯电气系统的采样频率过低，或者欠速保护的阈值设定过低（接近零），很容易导致采集数据所恢复出的曲线失真，导致保护装置判断错误，从而失效。因此，在设计扶梯速度监测系统时要注意两点，第一，提高采样速率，满足采样定理，一般为扶梯发生危险时最高加速度（减速度）的5~10倍以上，也就是说每秒5~10次以上；此外，在逆转保护设计时，低速阈值尽量不要设定得太低，一般为40%名义速度为宜。
图3 扶梯逆转时采样频 图4 扶梯超速时采样频率低恢复
率低的情况 出的失真曲线
