電梯檢測(cè)及急停故障診斷系統(tǒng)分析

宋曉春 SONG Xiao-chun

（遼寧省檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證中心（遼寧省安全科學(xué)研究院），沈陽(yáng)110004）

0 引言

電梯作為當(dāng)前十分重要的一種運(yùn)輸設(shè)備，伴隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷建設(shè)而出現(xiàn)。為進(jìn)一步提高電梯運(yùn)行效率與安全性，現(xiàn)如今對(duì)于電梯檢測(cè)工作的要求越來(lái)越高，尤其是對(duì)于檢測(cè)效率與質(zhì)量方面，能夠直接決定電梯運(yùn)行的安全新與可靠性。本文中主要研究的內(nèi)容就是基于電梯急停的故障檢測(cè)與診斷，電梯作為當(dāng)前與我們?nèi)松黻P(guān)系密切相關(guān)的特種設(shè)備，如果只能夠借助于單一的傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，往往無(wú)法更好的滿足安全運(yùn)行需要。針對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中的多種實(shí)時(shí)信息來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)小波相關(guān)分析方法對(duì)其中的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理與提取，同時(shí)加上故障診斷系統(tǒng)，針對(duì)電梯的具體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷，從而為故障發(fā)生的類型與原因診斷決策提供有效參考價(jià)值，及時(shí)找到發(fā)生的根源。從當(dāng)前的電梯安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其中的主要監(jiān)測(cè)手段與診斷技術(shù)現(xiàn)狀來(lái)看，主要可以分為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。在以下內(nèi)容中，筆者將基于平衡系數(shù)這一電梯檢測(cè)方法進(jìn)行細(xì)致化的檢測(cè)方式分析。

1 目前電梯安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)手段及電梯診斷技術(shù)現(xiàn)狀分析

1.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以對(duì)電梯控制系統(tǒng)當(dāng)中檢測(cè)到的所有運(yùn)行信息進(jìn)行自動(dòng)讀取。該系統(tǒng)屬于一種組合型的電梯管理平臺(tái)，利用微處理器分析各類數(shù)據(jù)，包括電梯故障預(yù)警、隱患防范以及質(zhì)量評(píng)估等等?，F(xiàn)階段國(guó)外一些規(guī)模較大的電梯企業(yè)大多由具有與本企業(yè)產(chǎn)品相配套的成熟遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。比如蒂森公司當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)電梯控制的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，檢測(cè)與識(shí)別電梯運(yùn)行過(guò)程中的錯(cuò)誤操作以及緊急呼救信息，同時(shí)完成分析與處理工作，并自動(dòng)報(bào)警；奧的斯公司當(dāng)中的電梯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)分級(jí)報(bào)警工作。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以自動(dòng)將電梯服務(wù)過(guò)程中斷信號(hào)發(fā)出，并顯示出具體的性質(zhì)、乘客狀況、問(wèn)題以及地點(diǎn)等資料。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的快速崛起，伴隨著我國(guó)電梯行業(yè)當(dāng)中在近些年來(lái)的發(fā)展，越來(lái)越多先進(jìn)的智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。比如珠海市地區(qū)的阿爾法企業(yè)，自主研發(fā)了具備實(shí)時(shí)記錄電梯運(yùn)行狀態(tài)以及自動(dòng)報(bào)警等關(guān)鍵功能，命名為“阿爾法電梯遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”。

1.2 動(dòng)態(tài)性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

電梯動(dòng)態(tài)性能主要包括電梯運(yùn)行過(guò)程中的加速度與實(shí)時(shí)速度等。現(xiàn)階段大部分電梯測(cè)試裝置都具有對(duì)加速度、實(shí)時(shí)速度以及變化率等進(jìn)行測(cè)量的功能。另外為了能夠進(jìn)行更加深入的分析電梯運(yùn)行性能與狀態(tài)，還可以針對(duì)噪聲等重要參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

動(dòng)態(tài)性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括兩大類，分別為電梯性能跟蹤檢測(cè)與專項(xiàng)性能檢測(cè)設(shè)備。首先，在專項(xiàng)性能檢測(cè)當(dāng)中，重要的指標(biāo)與測(cè)試重點(diǎn)就是電梯加速度，對(duì)這種數(shù)據(jù)的測(cè)量經(jīng)過(guò)了不斷的發(fā)展，由模擬式測(cè)量發(fā)展到了以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字化測(cè)量。我國(guó)浙江工業(yè)大學(xué)就自主設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電梯性能的動(dòng)態(tài)化測(cè)試，并申請(qǐng)專利，研發(fā)出了針對(duì)液壓電梯進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能測(cè)試的設(shè)備，利用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)處理過(guò)后可以在顯示器當(dāng)中對(duì)電梯運(yùn)行過(guò)程中的各類曲線進(jìn)行觀察，越強(qiáng)的抗干擾性能，在安裝過(guò)程中的就越便利，屬于一種具有較高實(shí)用價(jià)值的電梯性能狀態(tài)檢測(cè)裝置。

1.3 電梯診斷技術(shù)現(xiàn)狀

目前，從故障診斷方法來(lái)看，主要可以分為三種，即解析模型法、信號(hào)處理法以及知識(shí)法。①解析模型法。就是將被診斷目標(biāo)的可測(cè)信息與模型表達(dá)出的先驗(yàn)信息之間進(jìn)行比較，從而出現(xiàn)殘差，分析與處理殘差完成故障診斷；②信號(hào)處理法。這屬于傳統(tǒng)的診斷技術(shù)，一般通過(guò)信號(hào)模型，比如函數(shù)，對(duì)可測(cè)信號(hào)進(jìn)行直接分析，提取均值、相位以及方差等具體數(shù)值，從而更好的識(shí)別與判斷系統(tǒng)狀態(tài)。這種信號(hào)處理法盡管無(wú)法直接接觸到被診斷目標(biāo)的模型，但是依舊是以故障機(jī)理詳細(xì)分析與研究為基礎(chǔ)的一種方法，可以有效回避數(shù)學(xué)模型建立這種難題，因此實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，適用于線性與非線性兩種系統(tǒng)；③知識(shí)法。這種診斷故障的方法在其中引入了被診斷目標(biāo)的多個(gè)層面信息，尤其是能夠充分運(yùn)用領(lǐng)域?qū)＜业母黝愒\斷知識(shí)，因此能夠防止出現(xiàn)過(guò)分依賴精確數(shù)學(xué)模型的問(wèn)題。

2 電梯安全相關(guān)主要設(shè)置

①安全回路開(kāi)關(guān)。所謂安全回路，就是在電梯所有安全部件上都安裝一個(gè)安全開(kāi)關(guān)，講這些開(kāi)關(guān)串聯(lián)對(duì)一個(gè)繼電器進(jìn)行控制。此時(shí)只要確保所有開(kāi)關(guān)全部處于接通狀態(tài)，則安全繼電器完全吸合之后電梯才可以繼續(xù)通電運(yùn)行；②門(mén)鎖回路。電氣連鎖的一種開(kāi)關(guān)，確保電梯的運(yùn)行之前必須將所有門(mén)全部關(guān)閉，只有在所有電氣連鎖開(kāi)關(guān)全部接通之后，才可以確保電梯正常運(yùn)行。當(dāng)所有門(mén)全部關(guān)閉的情況下，一旦門(mén)鎖繼電器達(dá)到釋放狀態(tài)，則可以判斷門(mén)鎖回路是斷開(kāi)狀態(tài)；③安全觸板。又可以劃分為門(mén)光幕與門(mén)光電。為避免電梯門(mén)在關(guān)閉過(guò)程中對(duì)人造成危害，將安全觸板安裝到電梯轎門(mén)上，屬于一種安全保護(hù)設(shè)施。就門(mén)光電來(lái)說(shuō)，一般需要有兩個(gè)或以上端點(diǎn)，由一點(diǎn)負(fù)責(zé)發(fā)射，另一點(diǎn)則負(fù)責(zé)接收。在關(guān)閉電梯門(mén)過(guò)程中，一旦出現(xiàn)物體遮擋光線的問(wèn)題，接收電無(wú)法接收時(shí)，就可以立即驅(qū)動(dòng)繼電器進(jìn)行工作，從而直接對(duì)室門(mén)開(kāi)啟進(jìn)行控制。

3 基于平衡系數(shù)的電梯檢測(cè)方法概念梳理

3.1 數(shù)值分析

在現(xiàn)代建筑當(dāng)中，通?？梢詫㈦娞輨澐譃橐芬?qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)以及強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)等方式，其中最為常見(jiàn)的就是曳引驅(qū)動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，曳引式的電梯轎廂和對(duì)重借助于鋼絲繩在曳引輪的兩端位置懸掛，轎廂和對(duì)中裝置本身的重力會(huì)讓曳引鋼絲繩在繩槽當(dāng)中更加緊實(shí)。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)接受到曳引鋼絲繩所產(chǎn)生的部分壓力，從而帶動(dòng)鋼絲繩，讓轎廂和對(duì)中出現(xiàn)相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，控制轎廂可以在電梯井當(dāng)中順著導(dǎo)軌進(jìn)行上下運(yùn)行。平衡系數(shù)作為這一類電梯在運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)鍵指標(biāo)，可以通過(guò)對(duì)重，對(duì)轎廂自重與轎廂當(dāng)中的總負(fù)載重量進(jìn)行平衡，讓曳引電機(jī)能夠具有更低的運(yùn)行負(fù)荷。對(duì)重平衡運(yùn)行原理圖如圖1所示。轎廂負(fù)載大小會(huì)伴隨著物品與乘客的運(yùn)載數(shù)量、重量的變化而變化，但是在完成電梯安裝調(diào)試工作之后，對(duì)重一般已經(jīng)完成固定且不能夠隨意更改。

圖1 對(duì)重平衡運(yùn)行原理圖

3.2 重要意義

平衡系數(shù)的設(shè)定值能夠?qū)﹄娞輰?duì)重質(zhì)量與不平衡載荷產(chǎn)生直接影響。同時(shí)作為對(duì)電梯運(yùn)行穩(wěn)定性能夠產(chǎn)生直接影響的關(guān)鍵因素，平衡系數(shù)在經(jīng)過(guò)核算調(diào)整與電梯安裝，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督人員確定之后，只要沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重問(wèn)題則通常不能夠隨意改變。但是現(xiàn)階段，對(duì)于電梯檢修工作有個(gè)全新的目標(biāo)與要求，其中最為關(guān)鍵的原因就是：大部分建筑物當(dāng)中的電梯原本可以分為人用與貨用兩種，因此平衡參數(shù)設(shè)定數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)具有一定差異。而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，受到各種各樣因素的影響，人們往往不會(huì)更加精準(zhǔn)的區(qū)分選擇人用與貨用[1]。例如：在高層居民建筑剛剛修建完成時(shí)，在交付給業(yè)主之后，往往會(huì)在短期內(nèi)迎來(lái)裝修高峰期。此時(shí)就會(huì)有許多家具等貨物因?yàn)樨浱轃o(wú)法保障運(yùn)輸而通過(guò)人用電梯運(yùn)輸。而此時(shí)人用電梯就會(huì)承受過(guò)重的負(fù)載，這些貨物大多重量都在人體重量之上。在這樣的情況下，盡管電梯總承載量并沒(méi)有達(dá)到極限數(shù)值，但是電梯平衡系數(shù)卻可能因此發(fā)生改變。

3.3 平衡系數(shù)變化對(duì)電梯的影響

①曳引式電梯機(jī)組設(shè)備當(dāng)中電機(jī)功率的影響。在曳引式電梯當(dāng)中（曳引電梯的主要組成原理圖如圖2所示），曳引系統(tǒng)電機(jī)功率初次選擇安裝與投入之后的具體應(yīng)用核算時(shí)期，都可以以凈功率為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)平衡系數(shù)增大異常時(shí)，電機(jī)功率余量就會(huì)大量降低，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)力不足，嚴(yán)重時(shí)可造成電梯失控，對(duì)乘坐人員的人身安全造成不良影響。②對(duì)電梯安全性產(chǎn)生的影響。在平衡系數(shù)變化之后，會(huì)對(duì)轎廂與對(duì)重裝置的總體重量產(chǎn)生直接影響，從而導(dǎo)致各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)脫離正常范圍。在曳引電梯大部分組成全部淪為異常狀態(tài)之后，電梯運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性也會(huì)因此而降低。除此之外，各種參數(shù)信息的變化還可能致使電梯運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生啟動(dòng)、減速與制動(dòng)等的異常情況。例如：在電梯當(dāng)中有較多乘客時(shí)，電梯原本的升降速度并不會(huì)引起乘客不適，而一旦平衡系數(shù)發(fā)生變化，則會(huì)導(dǎo)致電梯升降速度異常，進(jìn)而影響到電梯安全性。

圖2 曳引電梯的主要組成原理圖

4 基于平衡系數(shù)理論的電梯檢測(cè)具體方式

4.1 載荷電流曲線圖法

以平衡系數(shù)理論為基礎(chǔ)的電梯荷載電流曲線圖，是一種十分常見(jiàn)的用于檢測(cè)故障的方法。這種方法的最主要原理就是：設(shè)定電梯轎廂當(dāng)中的載荷約為30%-60%，設(shè)置平均增長(zhǎng)幅度約為10%，同時(shí)需要增設(shè)45%左右的載荷量，總共設(shè)置載荷量約為5個(gè)，讓電梯能夠上下正常運(yùn)行。具體的實(shí)際觀察指標(biāo)就是：在轎廂與對(duì)重處于豎直方向上切滿足同一個(gè)水平高度之后，對(duì)曳引系統(tǒng)當(dāng)中電機(jī)的實(shí)時(shí)電流數(shù)值進(jìn)行記錄，同時(shí)繪制出具體的電流載荷數(shù)值曲線圖。此時(shí)電梯在上行與下行運(yùn)作過(guò)程中的曲線交點(diǎn)就是平衡系數(shù)。通過(guò)這種電梯檢測(cè)方式，能夠讓相關(guān)工作人員更加直觀的看出電梯平衡系數(shù)是否為合理數(shù)值，從而判斷電梯是否處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

圖3 電流法平衡系數(shù)測(cè)試

4.2 二次加載電流法

除了載荷電流曲線圖法之外，還可以通過(guò)二次加載電流法來(lái)更加精準(zhǔn)的測(cè)量出電梯平衡系數(shù)。這種方式不需要設(shè)置多種轎廂載荷水平，而只需要設(shè)置兩個(gè)值，即40%與50%，而后進(jìn)行上行與下行實(shí)驗(yàn)即可。類似于載荷電流曲線圖法，同樣需要對(duì)轎廂和對(duì)重在縱向上的同一水平達(dá)到同一高度時(shí)產(chǎn)生的電機(jī)電流數(shù)值進(jìn)行記錄。主要的計(jì)算公式如下在該公式當(dāng)中，k代表平衡系數(shù)，Δ1代表轎廂載荷40%時(shí)的上行與下行電流數(shù)值之間存在的差值，Δ2代表轎廂載荷50%時(shí)的上行與下行電流數(shù)值之間存在的差值。借助于這種方式，可以更加準(zhǔn)確的對(duì)電梯運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)平衡系數(shù)進(jìn)行測(cè)量，從而更有利于對(duì)電梯運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，確保電梯運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性[2]。

5 電梯急停故障診斷與維修方法

5.1 電梯安全回路故障診斷與維修方法

電梯當(dāng)中所有安全部件都需要安裝安全開(kāi)關(guān)，并且都屬于串聯(lián)狀態(tài)，都控制一個(gè)繼電器工作。在所有開(kāi)關(guān)全部處于連接狀態(tài)時(shí)，安全繼電器則可以正常進(jìn)行吸合，電梯才可以正常運(yùn)作。在安全回路發(fā)生故障之后，電梯會(huì)立即啟動(dòng)緊急停止程序，處于轎廂上部位置的檢修箱當(dāng)中的急停開(kāi)關(guān)會(huì)立即啟動(dòng)，讓電梯由運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)。致使這種問(wèn)題發(fā)生的主要原因就是安全鉗發(fā)生異常，或者是由于限速器錯(cuò)誤操作導(dǎo)致。除此之外，安全繼電器一旦發(fā)生接觸不良的問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致急停故障。具體維修方式就是技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)前往機(jī)房，借助于控制屏對(duì)安全繼電器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀察，從而使維修更具有針對(duì)性。

5.2 電梯門(mén)無(wú)法正常開(kāi)關(guān)故障診斷與維修方法

為確保電梯在進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)之前所有門(mén)能夠處于關(guān)閉狀態(tài)，要求電梯系統(tǒng)當(dāng)中所有廳門(mén)與轎門(mén)都需要設(shè)置電氣連鎖開(kāi)關(guān)。在所有的電氣連鎖開(kāi)關(guān)都處于接通狀態(tài)之后，安全繼電器才可以完全吸合，電梯才可以正常運(yùn)行。常見(jiàn)故障狀態(tài)就是在所有門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)下時(shí)，受門(mén)鎖回路故障影響，致使電梯出現(xiàn)迅速急停的故障。此時(shí)電梯會(huì)直接停到最近一個(gè)樓層上，而自動(dòng)開(kāi)門(mén)之后卻無(wú)法繼續(xù)閉合。對(duì)這種故障進(jìn)行維修的主要方法有以下幾種：①維修人員檢查電梯停留一層的門(mén)鎖是否出現(xiàn)了故障；②了解是否有人在開(kāi)門(mén)操作過(guò)程中使用了三角鑰匙；③判斷具體的故障位置是廳門(mén)還是轎廂們；④一旦廳門(mén)出現(xiàn)了故障，則需要在檢修過(guò)程中按照檢修速度來(lái)運(yùn)行電梯，并逐層針對(duì)所有廳門(mén)當(dāng)中的連鎖接觸情況開(kāi)展全面檢測(cè)，只有這樣才能夠有效提高故障診斷效果[3]。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著當(dāng)今科技和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電梯在人們的日常生活中已經(jīng)越來(lái)越普遍，在人們使用方面起著越來(lái)越大的作用，并且已經(jīng)在城市發(fā)展建設(shè)中成為一個(gè)不可缺少的重要工具。它在給我們生活帶來(lái)極大方便的同時(shí)，安全問(wèn)題也層出不窮，電梯故障事件也比比皆是。由此可見(jiàn)，如何提升電梯在運(yùn)行方面的安全也是電梯行業(yè)目前較為重要的問(wèn)題。因此，本文根據(jù)電梯故障問(wèn)題給出了多方面建議。通過(guò)信息集成、過(guò)程優(yōu)化、資源配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯產(chǎn)品的全生命周期數(shù)據(jù)的規(guī)范管理。將先進(jìn)的技術(shù)以及將新理論的運(yùn)用融入到電梯的故障檢測(cè)中，加強(qiáng)電梯安全性能，提高電梯運(yùn)行能力，不斷追求進(jìn)步。嚴(yán)格遵守安全和質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求，以安全可靠作為基礎(chǔ)原則。保障人民生活健康，確保電梯行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。