電梯電氣安全回路故障檢測方法研究

徐露

（江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，江西南昌，330013）

0 引言

電梯已經(jīng)成為高層及超高層建筑中不可或缺的組成部分，電梯的使用為人們的生活提供了便利條件。作為一種性質(zhì)特殊的機(jī)電設(shè)備，電梯能夠?qū)崿F(xiàn)更加平穩(wěn)的運(yùn)行，與乘坐人員自身的安全存在著直接的聯(lián)系[1]。因此，對于電梯的定期維護(hù)和保養(yǎng)顯得尤為重要，不僅需要對其進(jìn)行定期維護(hù)，同時還需要在出現(xiàn)故障問題時及時找出故障原因并解決，以避免故障帶來的威脅程度進(jìn)一步提升[2]。在電梯運(yùn)行過程中，發(fā)生最頻繁的故障問題是電梯安全回路故障，如何實(shí)現(xiàn)對電梯電氣安全回路故障問題的快速檢測是當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域研究人員重點(diǎn)關(guān)注的問題。安全回路結(jié)構(gòu)的引入能夠?qū)㈦娞菡w結(jié)構(gòu)與其相應(yīng)的電氣裝置進(jìn)行連接，安全裝置包括用于控制電梯運(yùn)行速度的裝置、在電梯超速時提供保護(hù)的裝置等[3]?；诖?，本文針對電梯中電氣安全回路故障問題，開展對其檢測方法的設(shè)計(jì)研究。

1 電梯電氣安全回路故障檢測方法設(shè)計(jì)

■1.1 電梯電氣安全回路故障診斷專家知識獲取

電梯電氣安全回路故障診斷專家知識獲取是將針對電梯電氣安全回路在電梯運(yùn)行過程中的各項(xiàng)相關(guān)問題進(jìn)行求解的專門知識，從電梯知識源當(dāng)中進(jìn)行提煉，并通過轉(zhuǎn)換的方式，實(shí)現(xiàn)其到計(jì)算機(jī)程序上的改變過程。通常情況下，電梯電氣安全回路的相關(guān)知識源不會以現(xiàn)成的形式存在，因此作為判斷其故障的主要知識，必須通過抽取和表示的方式，實(shí)現(xiàn)對所有所須知識的提煉[4]。圖1為電梯電氣安全回路故障診斷專家知識獲取示意圖。

圖1 電梯電氣安全回路故障診斷專家知識獲取示意圖

針對電氣安全回路故障的電梯故障診斷知識，其獲取過程可以大致劃分為五個不同階段，分別為初期專家知識認(rèn)識階段、專家知識概念化處理階段、專家知識形式化處理階段、專家知識實(shí)踐應(yīng)用階段以及后期驗(yàn)證階段[5]。當(dāng)判斷電梯可能存在電氣安全回路故障問題時，首先，了解并認(rèn)識問題存在的特征；其次，根據(jù)特征提出相應(yīng)的要求，為建立概念以及其相互之間的關(guān)系提供條件；再通過概念化處理，形成針對特定電氣安全回路故障問題的概念，并在形式化階段，將其相應(yīng)的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織；在明確知識結(jié)構(gòu)后，建立知識庫以及相應(yīng)推理機(jī)制；最后，對推理得出的故障問題進(jìn)行推理，完成對檢測結(jié)果的驗(yàn)證。通過上述操作完成對用于故障診斷的專家知識的獲取，為后續(xù)故障檢測提供依據(jù)。

■1.2 故障檢測推理機(jī)制構(gòu)建

將本文上述獲取的電梯電氣安全回路故障診斷專家知識通過統(tǒng)一處理，存儲在斷言庫當(dāng)中，并利用其相應(yīng)斷言ID和斷言名完成對各個專家知識內(nèi)容的描述。

以電梯急停為例，當(dāng)上位機(jī)當(dāng)中顯示“E-emergency stop-01”時，通過在斷言庫當(dāng)中找出該ID位置，得出相應(yīng)的斷言名。在對電梯電氣安全回路狀態(tài)判斷及檢測前，存在一個初始狀態(tài)，否則故障診斷及檢測將會失去基礎(chǔ)。這個初始狀態(tài)可以是用戶主動提出的故障現(xiàn)象，也可以是電梯在運(yùn)行過程中其相關(guān)參數(shù)出現(xiàn)的異常狀態(tài)。因此，針對這一問題，首先需要根據(jù)當(dāng)前電梯運(yùn)行的異常狀態(tài)，對其安全回路故障的原因進(jìn)行初步判斷。結(jié)合本文上述獲取到的電梯電氣安全回路故障診斷專家知識，對故障現(xiàn)象及產(chǎn)生原因進(jìn)行進(jìn)一步的推理，以此完成正向推理。針對上述正向推理無法實(shí)現(xiàn)的安全回路故障狀態(tài)，可通過調(diào)用反向推理的方式完成對其故障原因的分析。根據(jù)電梯初始狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，提出一個合理的假設(shè)目標(biāo)，針對這一目標(biāo)在斷言庫當(dāng)中尋找是否存在與目標(biāo)相匹配的規(guī)則集，若存在則說明給出的假設(shè)目標(biāo)合理，得出相應(yīng)的推理結(jié)果；若不存在，則說明給出的假設(shè)目標(biāo)不合理，無法得出相應(yīng)的推理結(jié)果，需要重新假設(shè)目標(biāo)，并重復(fù)上述操作。

針對實(shí)際電梯在運(yùn)行過程中的電氣安全回路故障檢測問題，除了具備上述兩個不同的推理機(jī)制以外，還會存在對推理機(jī)制的選擇次序問題，因此在實(shí)際推理的過程中，應(yīng)當(dāng)不斷利用現(xiàn)有已知的事實(shí)與斷言庫當(dāng)中的各項(xiàng)規(guī)則進(jìn)行匹配。當(dāng)匹配的過程中，出現(xiàn)多條規(guī)則都能夠匹配成功時，則認(rèn)為此時這種情況為沖突情況。針對這一問題的出現(xiàn)，需要按照一定的策略對沖突問題進(jìn)行解決，匹配的過程中先計(jì)算各種組合的可信度，利用沖突消解的方式，對推理規(guī)則進(jìn)行排序，以此找出針對不同安全回路故障問題的推理機(jī)制。

■1.3 電梯電氣安全回路狀態(tài)判斷及檢測

在明確上述專家知識和相關(guān)推理機(jī)制后，針對實(shí)際電梯運(yùn)行情況，完成對其電氣安全回路狀態(tài)的判斷和檢測。電梯電氣安全回路檢測電氣原理圖如圖2所示。

圖2 電梯電氣安全回路檢測電氣原理圖

在判斷和檢測前，還需要對回路上各個部分的電壓值進(jìn)行測量，并根據(jù)測量得出的結(jié)果判斷與電梯運(yùn)行裝置相連接的安全裝置是否存在短接問題，并通過光敏傳感器對回路上多個接觸點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行獲取，以此判斷接觸點(diǎn)位上的故障狀態(tài)，相關(guān)參數(shù)主要包括拉弧的頻率、強(qiáng)度等內(nèi)容。結(jié)合本文上述構(gòu)建的故障檢測推理機(jī)制，若三者之間存在如公式（1）所示關(guān)系，則說明電梯電氣安全回路上的連鎖回路與安全電路均不存在短接的問題，不會發(fā)生故障。

公式（1）中，aU表示為安全電路電壓值；Ub表示為電梯廳門鎖回路電壓值；U c表示為電梯轎門鎖回路電壓值。若三者存在如公式（2）所示關(guān)系，則說明此時電梯廳門鎖回路存在被短接的現(xiàn)象，安全回路存在異常運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)了故障問題。

在電梯實(shí)際運(yùn)行過程中，通過脈沖反射的方式也能夠?qū)崿F(xiàn)對電梯電氣安全回路狀態(tài)判斷及檢測。在電梯運(yùn)行過程中，對安全回路的阻抗不匹配點(diǎn)距離進(jìn)行計(jì)算，其公式為：

公式（3）中，L表示為電梯回路上存在阻抗問題的不匹配距離大?。籚表示為脈沖波速度；Δt表示為脈沖與反射脈沖之間的時間差大小。在電梯運(yùn)行階段，通過反射脈沖記錄儀對其變化進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，結(jié)合公式（3）所示計(jì)算，完成對電梯運(yùn)行時出現(xiàn)阻抗不匹配點(diǎn)距離的計(jì)算，為保證檢測結(jié)果的錯誤率控制在要求標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，本文結(jié)合反射脈沖極性對得出的檢測結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，判斷電梯運(yùn)行時電氣安全回路的故障性質(zhì)，利用脈沖反射方法對安全回路的管路或短接故障問題進(jìn)行判斷和檢測。

此外，還可以通過電位差比較法對電梯電氣安全回路狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)電梯層門關(guān)閉時，連通門鎖開關(guān)，將工作電壓放入安全裝置，形成安全回路，當(dāng)三極管處于飽和狀態(tài)時，二極管點(diǎn)亮，繼電器線圈接通，回路導(dǎo)通，電梯可以正常運(yùn)行。當(dāng)回路短路或者斷路時，三極管無法工作，繼電器斷開，二極管無法點(diǎn)亮，電氣安全回路斷開，電梯無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，綜上所述，該方法是通過判斷二極管是否點(diǎn)亮，確定電氣安全回路的故障地點(diǎn)。

根據(jù)上述電梯電氣安全回路狀態(tài)判斷及檢測，通過模擬操作對電梯電氣安全回路進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)步驟如表1所示。

表1 電梯電氣安全回路檢驗(yàn)步驟

電梯電氣安全回路檢驗(yàn)過程采用方式為：將連接機(jī)房控制柜的接頭線路分別與電氣安全裝置、轎門監(jiān)控信號短接，并通過電梯控制柜的顯示屏上顯示的故障信息與電梯的運(yùn)行狀態(tài)，判斷其是否正常運(yùn)行。

2 對比實(shí)驗(yàn)

■2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在對故障檢測方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時，為了確保其在實(shí)際應(yīng)用中的工作性能，在本文上述理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有設(shè)備，對本文檢測方法和傳統(tǒng)檢測方法檢測結(jié)果的對比，完成如下對比實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)過程中，控制兩種檢測方法除本文上述提出內(nèi)容存在不同意外，其余各項(xiàng)軟件和硬件條件均相同的情況下進(jìn)行，兩種檢測方法所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：預(yù)控繼電裝置、變頻隔離裝置、KEB556-D401型號變頻裝置、抱閘接觸裝置、電梯控制柜等。在實(shí)驗(yàn)過程中，控制電梯始終保證平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，將其輸出開關(guān)電源設(shè)置為5V/24V，為在第一時間獲取到檢測相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，將計(jì)算機(jī)與電梯實(shí)驗(yàn)板通訊設(shè)

備用USB轉(zhuǎn)串口線進(jìn)行連接，將得出的檢測結(jié)果直接顯示在上位機(jī)當(dāng)中。選擇電梯電氣安全回路常見5種故障模式，分別在對電梯故障進(jìn)行檢測的過程中，隨機(jī)引入相應(yīng)的故障發(fā)生次數(shù)，利用兩種檢測方法對其進(jìn)行故障診斷檢測，將檢測出的每種故障模式下的故障次數(shù)作為實(shí)驗(yàn)對比指標(biāo)。

■2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)本文上述準(zhǔn)備內(nèi)容，在完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作后，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄，并將其繪制成如表2所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表。

表2 兩種檢測方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表

從表1中兩種檢測方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文檢測結(jié)果與傳統(tǒng)檢測結(jié)果相比，明顯更加接近于實(shí)際電梯電氣安全回路故障發(fā)生次數(shù)，同時在針對故障類型2、故障類型3和故障類型5進(jìn)行檢測時，檢測準(zhǔn)確率高達(dá)100%，而傳統(tǒng)檢測方法均存在超過±20次以上的誤差。同時，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，本文檢測方法得出的檢測結(jié)果在上位機(jī)當(dāng)中的顯示耗時明顯小于傳統(tǒng)檢測方法，因此檢測時效性也有所改善。因此，通過本文實(shí)驗(yàn)得出，新的故障檢測方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效降低故障檢測的錯誤率，達(dá)到更高的檢測精度。

3 結(jié)束語

電梯電氣安全回路故障是電梯在運(yùn)行中常見的故障，也是造成電梯安全故障的主要原因，為了更好地解決此方面問題，本文針對此方面故障發(fā)生的原因，提出一種故障檢測方法，并通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對方法進(jìn)行驗(yàn)證的方式，證明了本文設(shè)計(jì)方法是具有一定應(yīng)用價值的?？傮w而言，與本文課題相關(guān)的領(lǐng)域中所含有的知識體系是十分專業(yè)的，不僅需要掌握電梯電氣的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行流程，同時也要懂得電梯電氣的運(yùn)行機(jī)理，因此，整體設(shè)計(jì)過程是十分復(fù)雜的，考慮到在本次研究中，研究時間有限，僅針對部分功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并未能進(jìn)行更深層次的分析，因此在后期還需要對本文方法進(jìn)行持續(xù)完善。