電梯電氣安全回路故障檢測(cè)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(duì)于電梯的定期維護(hù)和保養(yǎng)顯得尤為重要，不僅需要對(duì)其進(jìn)行定期維護(hù)，同時(shí)還需要在出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)及時(shí)找出故障原因并解決，以避免故障帶來(lái)的威脅程度進(jìn)一步提升[2]。在電梯運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生最頻繁的故障問(wèn)題是電梯安全回路故障，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯電氣安全回路故障問(wèn)題的快速檢測(cè)是當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域研究人員重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)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(shí)提供保護(hù)的裝置等[3]?；诖?，本文針對(duì)電梯中電氣安全回路故障問(wèn)題，開(kāi)展對(duì)其檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)研究。

1 電梯電氣安全回路故障檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

■1.1 電梯電氣安全回路故障診斷專(zhuān)家知識(shí)獲取

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

圖1 電梯電氣安全回路故障診斷專(zhuān)家知識(shí)獲取示意圖

針對(duì)電氣安全回路故障的電梯故障診斷知識(shí)，其獲取過(guò)程可以大致劃分為五個(gè)不同階段，分別為初期專(zhuān)家知識(shí)認(rèn)識(shí)階段、專(zhuān)家知識(shí)概念化處理階段、專(zhuān)家知識(shí)形式化處理階段、專(zhuān)家知識(shí)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(wèn)題時(shí)，首先，了解并認(rèn)識(shí)問(wèn)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(guò)概念化處理，形成針對(duì)特定電氣安全回路故障問(wèn)題的概念，并在形式化階段，將其相應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織；在明確知識(shí)結(jié)構(gòu)后，建立知識(shí)庫(kù)以及相應(yīng)推理機(jī)制；最后，對(duì)推理得出的故障問(wèn)題進(jìn)行推理，完成對(duì)檢測(cè)結(jié)果的驗(yàn)證。通過(guò)上述操作完成對(duì)用于故障診斷的專(zhuān)家知識(shí)的獲取，為后續(xù)故障檢測(cè)提供依據(jù)。

■1.2 故障檢測(cè)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(zhuān)家知識(shí)通過(guò)統(tǒng)一處理，存儲(chǔ)在斷言庫(kù)當(dāng)中，并利用其相應(yīng)斷言ID和斷言名完成對(duì)各個(gè)專(zhuān)家知識(shí)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(shí)，通過(guò)在斷言庫(kù)當(dāng)中找出該ID位置，得出相應(yīng)的斷言名。在對(duì)電梯電氣安全回路狀態(tài)判斷及檢測(cè)前，存在一個(gè)初始狀態(tài)，否則故障診斷及檢測(cè)將會(huì)失去基礎(chǔ)。這個(gè)初始狀態(tài)可以是用戶(hù)主動(dòng)提出的故障現(xiàn)象，也可以是電梯在運(yùn)行過(guò)程中其相關(guān)參數(shù)出現(xiàn)的異常狀態(tài)。因此，針對(duì)這一問(wèn)題，首先需要根據(jù)當(dāng)前電梯運(yùn)行的異常狀態(tài)，對(duì)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(zhuān)家知識(shí)，對(duì)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(duì)上述正向推理無(wú)法實(shí)現(xiàn)的安全回路故障狀態(tài)，可通過(guò)調(diào)用反向推理的方式完成對(duì)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(gè)合理的假設(shè)目標(biāo)，針對(duì)這一目標(biāo)在斷言庫(kù)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(shuō)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(shuō)明給出的假設(shè)目標(biāo)不合理，無(wú)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(duì)實(shí)際電梯在運(yùn)行過(guò)程中的電氣安全回路故障檢測(cè)問(wèn)題，除了具備上述兩個(gè)不同的推理機(jī)制以外，還會(huì)存在對(duì)推理機(jī)制的選擇次序問(wèn)題，因此在實(shí)際推理的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)不斷利用現(xiàn)有已知的事實(shí)與斷言庫(kù)當(dāng)中的各項(xiàng)規(guī)則進(jìn)行匹配。當(dāng)匹配的過(guò)程中，出現(xiàn)多條規(guī)則都能夠匹配成功時(shí)，則認(rèn)為此時(shí)這種情況為沖突情況。針對(duì)這一問(wèn)題的出現(xiàn)，需要按照一定的策略對(duì)沖突問(wèn)題進(jìn)行解決，匹配的過(guò)程中先計(jì)算各種組合的可信度，利用沖突消解的方式，對(duì)推理規(guī)則進(jìn)行排序，以此找出針對(duì)不同安全回路故障問(wèn)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(cè)

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

圖2 電梯電氣安全回路檢測(cè)電氣原理圖

在判斷和檢測(cè)前，還需要對(duì)回路上各個(gè)部分的電壓值進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)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(wèn)題，并通過(guò)光敏傳感器對(duì)回路上多個(gè)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(cè)推理機(jī)制，若三者之間存在如公式（1）所示關(guān)系，則說(shuō)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(wèn)題，不會(huì)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(mén)鎖回路電壓值；U c表示為電梯轎門(mén)鎖回路電壓值。若三者存在如公式（2）所示關(guān)系，則說(shuō)明此時(shí)電梯廳門(mén)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(wèn)題。

在電梯實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)脈沖反射的方式也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電梯電氣安全回路狀態(tài)判斷及檢測(cè)。在電梯運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)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(wèn)題的不匹配距離大??；V表示為脈沖波速度；Δt表示為脈沖與反射脈沖之間的時(shí)間差大小。在電梯運(yùn)行階段，通過(guò)反射脈沖記錄儀對(duì)其變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合公式（3）所示計(jì)算，完成對(duì)電梯運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)阻抗不匹配點(diǎn)距離的計(jì)算，為保證檢測(cè)結(jié)果的錯(cuò)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(duì)得出的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，判斷電梯運(yùn)行時(shí)電氣安全回路的故障性質(zhì)，利用脈沖反射方法對(duì)安全回路的管路或短接故障問(wèn)題進(jìn)行判斷和檢測(cè)。

此外，還可以通過(guò)電位差比較法對(duì)電梯電氣安全回路狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)電梯層門(mén)關(guān)閉時(shí)，連通門(mén)鎖開(kāi)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(shí)，二極管點(diǎn)亮，繼電器線(xiàn)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(shí)，三極管無(wú)法工作，繼電器斷開(kāi)，二極管無(wú)法點(diǎn)亮，電氣安全回路斷開(kāi)，電梯無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，綜上所述，該方法是通過(guò)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(cè)，通過(guò)模擬操作對(duì)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(guò)程采用方式為：將連接機(jī)房控制柜的接頭線(xiàn)路分別與電氣安全裝置、轎門(mén)監(jiān)控信號(hào)短接，并通過(guò)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(duì)比實(shí)驗(yàn)

■2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在對(duì)故障檢測(cè)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)本文檢測(cè)方法和傳統(tǒng)檢測(cè)方法檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比，完成如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，控制兩種檢測(cè)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(cè)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(hào)變頻裝置、抱閘接觸裝置、電梯控制柜等。在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(kāi)關(guān)電源設(shè)置為5V/24V，為在第一時(shí)間獲取到檢測(cè)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(xiàn)進(jìn)行連接，將得出的檢測(cè)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(jiàn)5種故障模式，分別在對(duì)電梯故障進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)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(cè)方法對(duì)其進(jìn)行故障診斷檢測(cè)，將檢測(cè)出的每種故障模式下的故障次數(shù)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)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(duì)比表。

表2 兩種檢測(cè)方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

從表1中兩種檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文檢測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)檢測(cè)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(shí)在針對(duì)故障類(lèi)型2、故障類(lèi)型3和故障類(lèi)型5進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)準(zhǔn)確率高達(dá)100%，而傳統(tǒng)檢測(cè)方法均存在超過(guò)±20次以上的誤差。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，本文檢測(cè)方法得出的檢測(cè)結(jié)果在上位機(jī)當(dāng)中的顯示耗時(shí)明顯小于傳統(tǒng)檢測(cè)方法，因此檢測(cè)時(shí)效性也有所改善。因此，通過(guò)本文實(shí)驗(yàn)得出，新的故障檢測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效降低故障檢測(cè)的錯(cuò)誤率，達(dá)到更高的檢測(cè)精度。

3 結(jié)束語(yǔ)

電梯電氣安全回路故障是電梯在運(yùn)行中常見(jiàn)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(wèn)題，本文針對(duì)此方面故障發(fā)生的原因，提出一種故障檢測(cè)方法，并通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)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(jià)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(shí)體系是十分專(zhuān)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(shí)也要懂得電梯電氣的運(yùn)行機(jī)理，因此，整體設(shè)計(jì)過(guò)程是十分復(fù)雜的，考慮到在本次研究中，研究時(shí)間有限，僅針對(duì)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(duì)本文方法進(jìn)行持續(xù)完善。