基于無線電纜的電梯智能故障診斷系統(tǒng)研究

劉德峰

摘 要：伴隨城市人口急劇增加，高層建筑數(shù)量及規(guī)模均有所增加，電梯在高層建筑中不可或缺。近年來，電梯安全事故頻頻發(fā)生，不僅給人們?nèi)松戆踩柏敭a(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，而且極大程度阻礙城市發(fā)展。基于此，本文就無線電纜的電梯智能故障診斷系統(tǒng)予以研究，以此僅供參考。

關(guān)鍵詞：無線電纜、電梯;智能故障診斷系統(tǒng);研究

當(dāng)前電梯控制系統(tǒng)中，其采用的主控制器與轎廂控制器利用電纜連接，通過電纜實現(xiàn)轎廂控制信號輸送，且為轎廂提供電源。但電纜長此以往進(jìn)行彎折，會引發(fā)纜線內(nèi)部芯線斷裂，特別發(fā)生暗斷情況，給維修人員檢測帶來困難，加之如今樓層越來越高大，所需電纜長度大幅度增加，過重電纜會對電梯正常運行產(chǎn)生影響。同時，電纜易受外部因素干擾，致使通訊故障時有發(fā)生。

一、無線電梯控制系統(tǒng)實施方案

1、無線電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

就傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)而言，其重要遵循分布式控制理念予以設(shè)計，能有效減少電梯故障發(fā)生，提升電梯運行穩(wěn)定性，同時減少電纜使用數(shù)，為后期電梯安裝及維修提供便利。傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要包含電梯控制器、外招板、轎廂控制器、變頻器、曳引機、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及安全回路，本文主要在傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提出無線電梯控制結(jié)構(gòu)。

與傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)相比較，無線電梯主控制器與轎廂間橋梁為Zigbee無線通訊方式，電梯各個分控均采用相同方式，充分將WiFi與電梯主控制予以利用，作為移動端電梯監(jiān)控系統(tǒng)。在轎廂進(jìn)行信息收集層面，若系統(tǒng)運用增量式編碼器實現(xiàn)位置檢測，需門區(qū)開關(guān)做以支撐，提供相應(yīng)的位置參考點，通常將其設(shè)置在轎廂上。傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)中，其主要通過對電纜進(jìn)行門區(qū)檢測，而無線電梯控制系統(tǒng)中，需將隨行電纜予以取消。若系統(tǒng)將轎廂獲取的信息通過無線轎廂傳輸給主控制器，則對其門區(qū)收集信息時間標(biāo)準(zhǔn)難以滿足，轎廂涵蓋內(nèi)容較多、通訊時間較長，所以增量式編碼完成轎廂位置測定難以實施，絕對值編碼無需采用門區(qū)開關(guān)輔助，便可實現(xiàn)轎廂位置監(jiān)測。

2、無線電梯控制系統(tǒng)安全回路設(shè)計

電梯回路為電梯控制系統(tǒng)核心部分，為電梯安全運行做以支撐。本文對隨行電纜實施無線化，主要將安全回路分為兩部分：其一，電梯機房安全回路;其二，電梯轎廂安全回路。電梯主控制板會將上述兩個回路電壓予以檢測，轎廂控制板可通過其自身安全回路，將安裝狀況予以輸送給主控制板，待電梯主控板接收相關(guān)信息后，根據(jù)狀態(tài)信息實現(xiàn)機房安全回路繼電器可控化。

在轎廂安全回路中，其中安裝裝置包含安全開關(guān)、上下極限開關(guān)、緊急開關(guān)、門鎖開關(guān)、檢修開關(guān)等，除此之外，為實現(xiàn)轎廂安全電壓檢測，在其回路上設(shè)置3個檢測點。而電梯機房安全回路中，安全裝置包括限速開關(guān)、轎廂緩沖開關(guān)、漲緊開關(guān)、緊急開關(guān)、重緩沖開關(guān)等，同時增設(shè)3各常開預(yù)控繼電器及1各常閉繼電器。在檢測電壓點設(shè)置方面，其與轎廂安全相似，共設(shè)有4個監(jiān)測點。

為使轎廂安全回路產(chǎn)生活動能即刻切斷驅(qū)動電源，該方案中將轎廂至機房安全線纜予以去除，在其機房安全回路上增加4個預(yù)控繼電器。

二、無線電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

1、無線電梯主控制板硬件功能規(guī)劃

無線電梯主控制板為無線電梯系統(tǒng)的“心臟”，其核心作用為接受及處理其他模塊傳輸?shù)男畔ⅲ渲邪娞輧?nèi)外號信號、檢修或緊急信號等;返回及輸出運行控制信號包含，電梯開關(guān)門信號、溝通接觸器吸或釋放等。其主控制硬件可涵蓋以下幾個功能：第一，無線轎廂通訊接口。主要利用Zigbee技術(shù)，對轎廂控制器輸入及輸出信號進(jìn)行控制及收集。第二，端口通訊接口。通過端口版，將其輸出及輸入信號進(jìn)行采集及控制。第三，收集監(jiān)測通訊接口。通過Wifi系統(tǒng)，相關(guān)人員可在移動端口將電梯運行狀況予以掌握。第四，井道信息通訊接口。采用絕對值編碼，對井道位置予以明確。第五，人機交換模塊。相關(guān)人員能及時將電梯相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。第六，無線群控通訊接口。通過該端口，實現(xiàn)各群控信息共享[1]。

2、無線電梯主控制板硬件電路設(shè)計

無線電梯主控制板硬件電路設(shè)計主要包含：主控芯片、無線模塊、CNA總線通訊接口、存儲模塊、人機交互接口。其中就主控芯片電路設(shè)計而言，需具備良好的抗干擾性，同時還應(yīng)滿足數(shù)據(jù)處理要求，一般選取LPC1766微處理器。而無線模塊中轎廂通訊接口均選取Zigbee無線模塊，根據(jù)當(dāng)前市場價格、發(fā)送距離等因素予以考量，本文將選取RE3SP內(nèi)核高性能IEEE802.15.4無線片上系統(tǒng)（SOC），集成了2.4GHz，IEEE802.15.4兼容的收發(fā)器，128kB閃存和8KB RAM存儲器。對CAN總線通訊接口設(shè)計中，應(yīng)電梯所處環(huán)境較為復(fù)雜，極易使通訊信號在傳統(tǒng)進(jìn)程中產(chǎn)生錯誤，所以通常在電梯串口通訊中采用分信號實現(xiàn)傳輸，其具有效率高、抗干擾力強等。同時其總線收發(fā)器需具備較強的電池兼容性，確保在不上電狀態(tài)下，總線保持無源狀況，降低系統(tǒng)整體功率消耗。在無線電梯控制系統(tǒng)中，選用EEPROM存儲模塊，以此實現(xiàn)相關(guān)參數(shù)及信息的存儲。

三、無線電梯智能故障診斷系統(tǒng)設(shè)計

1、智能故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文將專家系統(tǒng)運用于無線電梯智能故障診斷中，為該系統(tǒng)故障診斷奠定堅實基礎(chǔ)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)主要包含故障知識庫、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取機構(gòu)、推理機、解釋機、人機交互界面等。首先，知識庫主要通過電梯工程師、電梯專家等獲取電梯相應(yīng)問題的結(jié)果，并將其進(jìn)行處理表現(xiàn)為計算機語言形式予以展現(xiàn)，該系統(tǒng)中知識庫與人機交互界面密切聯(lián)系，將人機交互輸入的內(nèi)容，轉(zhuǎn)化為與知識庫匹配接收方式，實現(xiàn)輸入及存儲，同時是知識庫可根據(jù)用戶實際情況，將存在故障知識在人機交換界面予以展現(xiàn)，給電梯專家修改提供便利;其次，推理機作為該系統(tǒng)中重要思維導(dǎo)向，為專家系統(tǒng)核心構(gòu)成，電梯故障知識庫通過推理機實現(xiàn)自身價值。根據(jù)現(xiàn)有條件，將知識庫中的規(guī)格進(jìn)行循環(huán)匹配，獲取相應(yīng)新結(jié)論，獲得相應(yīng)問題解答結(jié)果。此外，該系統(tǒng)中控制故障知識庫，主要將電梯工程師提供知識予以儲存，一方面為推理機進(jìn)行推理提供信息，另一方面，給解釋器提供相應(yīng)所需知識，其可直接檢測該系統(tǒng)質(zhì)量重要指標(biāo)，所以電梯故障知識庫中包含知識量，對專業(yè)系統(tǒng)具有重要作用。最后，數(shù)據(jù)庫主要將用戶輸入信息予以儲存，并將推理機推理進(jìn)程中獲取最終結(jié)果進(jìn)行存儲，根據(jù)實際情況將信息輸送給人際交互界面。而解釋器主要為機器及用戶橋梁，不僅為系統(tǒng)與用戶交互進(jìn)程中，將系統(tǒng)實施任務(wù)及原因以動態(tài)形式反映，而且反映系統(tǒng)知識庫處于靜態(tài)。人際交互界面，主要將用戶、專業(yè)、工程師緊密聯(lián)系，作為溝通交流的重要通訊接口[1]。

3、智能故障診斷專家系統(tǒng)知識表現(xiàn)形式

當(dāng)前存在各類知識表示技術(shù)，其中包括語義網(wǎng)、框架、腳本、邏輯等。而電梯故障知識表現(xiàn)，主要將知識轉(zhuǎn)化為各類符號、形式等，通過將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將各類知識予以整合，并融合于計算機設(shè)計進(jìn)程中，根據(jù)無線電梯智能故障診斷特征，主要以產(chǎn)生式和框架式為主。兩種表達(dá)方式均存在優(yōu)缺點，其中生產(chǎn)式尤為優(yōu)勢為，具有一致性及自然性，反之不足有效率低、對結(jié)構(gòu)知識難以表達(dá)。

四、試驗測試

1、無線通訊測試

本文中構(gòu)建的無線系統(tǒng)平臺主要包含端口控制板、Zignee無線模塊、開關(guān)電源、示波器等。無線通訊系統(tǒng)內(nèi)涵蓋電梯主控制板、電梯轎廂控制板無線通訊，其中電梯主控制板分別與端口及速度控制板連接，倘若其與任何一個通訊斷開或存在異常，均可在電梯主控制顯示屏上查看。當(dāng)電梯主控制板與電梯轎廂控制板、端口、速度控制板均處于正常通訊，電梯主控制顯示板會出現(xiàn)“當(dāng)前無故障”。

2、安全回路故障測試

無線電梯安全回路可分為機房安全回路、轎廂安全回路。該安全回路中共設(shè)有7各電壓監(jiān)測點，在此以其中一個點作為案例，予以進(jìn)行分析：在無線電梯控制系統(tǒng)正常運行時，將轎廂板安全鉗開關(guān)、應(yīng)急開關(guān)、門鎖開關(guān)分別斷開，并查看人機交互界面顯示結(jié)果，最終故障顯示為“繼電器SRI無信號”相應(yīng)專家系統(tǒng)判定故障原因為“安全鉗、上下極限開關(guān)、繼電器SRI發(fā)生粘連”。對于上述安全回路故障檢測中，顯示正確且簡潔明了。

結(jié)束語

能將電梯故障原因予以及時排查，并采取針對性解決措施，為電梯正常運行具有重要作用，而本文中研究采用無線Zigbee技術(shù)，可保障轎廂與電梯主控制板通訊通暢，并在實際應(yīng)用中能及時將故障原因簡潔明了表述，為人們乘坐電梯提供有力保障，所以電梯設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計時，可將無線通訊及控制安全回路設(shè)計充分運用。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈茂，趙國軍.基于無線電纜的電梯智能故障診斷系統(tǒng)研究[J].機電工程，2018，35（003）：323-329.