一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電梯故障預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鄧 成

（安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 230011）

一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電梯故障預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鄧 成

（安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 230011）

針對目前我國城市化進(jìn)程中電梯故障率居高不下，給人們的生命安全造成極大的威脅的情況，依據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測算法按照系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)、硬件結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的可實(shí)現(xiàn)性。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；預(yù)警系統(tǒng)；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

伴隨著目前城市中的人口密度逐年上升，城市中的大規(guī)模超大規(guī)模的建筑群應(yīng)運(yùn)而生，但是在實(shí)際運(yùn)行過程中根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示一部電梯每年一般性的電氣、機(jī)械等故障可達(dá)到32次之多；發(fā)生對人身安全和設(shè)備危害較大的夾人、沖頂?shù)裙收弦部蛇_(dá)到15次。因此電梯的安全運(yùn)行的問題已經(jīng)受到了政府部門和社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。目前如何實(shí)現(xiàn)一種能夠可靠準(zhǔn)確地進(jìn)行電梯故障預(yù)測系統(tǒng)的構(gòu)建，已經(jīng)成為一個(gè)非常具有應(yīng)用價(jià)值的研究。文章介紹了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電梯故障預(yù)警系統(tǒng)的架構(gòu)極其實(shí)現(xiàn)方式。

1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種基于人工智能的系統(tǒng)方法。人腦是宇宙中已知最復(fù)雜、最完善和最有效的信息處理系統(tǒng),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正是在人對其大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)識(shí)理解的基礎(chǔ)上,人工構(gòu)造的能夠?qū)崿F(xiàn)某種功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。具有良好的自適應(yīng)性、自組織及很強(qiáng)的學(xué)習(xí)、聯(lián)想、容錯(cuò)和抗干擾能力。

2 系統(tǒng)組成

2.1 系統(tǒng)總體要求

電梯故障預(yù)警系統(tǒng)的首要功能就是要監(jiān)控電梯運(yùn)行時(shí)的各種狀態(tài)實(shí)時(shí)信息，對大量的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行高效管理，這也是故障診斷最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)依據(jù)。對故障診斷部分，必須快速準(zhǔn)確，及早確定故障原因及早排查。本系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)有模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法。

2.2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

根據(jù)功能設(shè)計(jì)需要將故障預(yù)測系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控模塊、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的故障分析處理模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊和針對不同用戶提供個(gè)性化服務(wù)的服務(wù)子系統(tǒng)模塊等四個(gè)主要部分。

2.3 模塊功能分析

（1）參數(shù)采集監(jiān)控模塊功能。參數(shù)采集監(jiān)控模塊的主要功能是實(shí)時(shí)采集電梯運(yùn)行參數(shù)，如轎廂運(yùn)行噪聲、電梯垂直振動(dòng)加速度、電梯載重、開關(guān)門噪聲、電梯水平振動(dòng)加速度、電梯垂直方向加速度等參數(shù)。

（2）故障分析處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊功能。故障處理分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊是本系統(tǒng)的核心功能模塊，主要通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)中運(yùn)行的狀態(tài)。對于此部分，又可分為曳引機(jī)故障、變頻器故障、門機(jī)故障、電梯控制器故障、安全回路故障、三相電源輸入單元故障等幾個(gè)故障預(yù)測子系統(tǒng)。

（3）數(shù)據(jù)處理模塊功能。數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的存檔、分析、查詢、調(diào)整等功能。隨著歷史故障信息越來越多，可以增加訓(xùn)練數(shù)據(jù)的數(shù)量，再通過線下訓(xùn)練模塊對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行訓(xùn)練，使其更加準(zhǔn)確。

（4）服務(wù)子系統(tǒng)模塊功能。服務(wù)子系統(tǒng)主要是針對不同類型用戶提供不同服務(wù)的子系統(tǒng)，主要包括了為普通用戶提供的信息播報(bào)、交互處理服務(wù)，為工程技術(shù)人員提供的故障檢修服務(wù)，為廠商提供的重大故障預(yù)測服務(wù)等幾部分。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

（1）系統(tǒng)硬件組成及開發(fā)環(huán)境。由于本系統(tǒng)是基于廣域網(wǎng)面向不同服務(wù)對象同時(shí)提供服務(wù)的系統(tǒng)，考慮到系統(tǒng)的安全性要進(jìn)行隔離。主要硬件設(shè)備有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備、應(yīng)用服務(wù)器等級大部分組成。①數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模選擇數(shù)據(jù)庫類型。常規(guī)系統(tǒng)建議采用SQL服務(wù)器，對于數(shù)據(jù)量較大的系統(tǒng)建議采用ORACLE數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；②現(xiàn)場采集控制設(shè)備：現(xiàn)場采集控制設(shè)備對于數(shù)據(jù)傳輸速度要求不高，但是對于設(shè)備穩(wěn)定性和抗干擾能力有非常高的要求。建議采用帶通訊功能的工業(yè)級采集控制設(shè)備；③應(yīng)用服務(wù)器：對于產(chǎn)品處于開發(fā)運(yùn)營時(shí)可以采用Windows系統(tǒng)的PC服務(wù)器或WEB服務(wù)器；如果服務(wù)規(guī)模較大是可以嘗試UNIX系統(tǒng)的WEB服務(wù)功能。

（2）系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。系統(tǒng)主網(wǎng)是基于電梯預(yù)警系統(tǒng)局域網(wǎng)構(gòu)建的體系，考慮到外網(wǎng)用戶的實(shí)際需求，通過VPN的方式可通過Internet公網(wǎng)連接到服務(wù)子網(wǎng)。服務(wù)子網(wǎng)設(shè)備主要包括電梯控制器、監(jiān)控大屏、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、監(jiān)控終端等幾大部分。不同組成部分可通過不同協(xié)議連接到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

（3）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型訓(xùn)練、用戶界面開發(fā)等幾個(gè)主要方面。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要根據(jù)神經(jīng)系統(tǒng)模型需要構(gòu)建，同時(shí)還應(yīng)考慮用戶交互需要；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的搭建除了要滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸需求之外還應(yīng)考慮系統(tǒng)運(yùn)行的安全性問題。

5 結(jié)語

文章主要介紹了預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警機(jī)制、結(jié)構(gòu)功能、硬件選擇、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)容。目前電梯應(yīng)用如此廣泛，對電梯系統(tǒng)故障診斷的研究是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。

[1]王海波.基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電梯實(shí)時(shí)監(jiān)控和在線故障診斷的研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2013

安徽省教育廳2016年高校自然科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目資助（課題編號(hào)：KJ2016A212）。

鄧成（1981-），男，安徽鳳陽人，碩士，講師，主要研究方向：自動(dòng)控制。