電梯檢測及急停故障診斷系統(tǒng)分析

宋曉春 SONG Xiao-chun

（遼寧省檢驗檢測認證中心（遼寧省安全科學研究院），沈陽110004）

0 引言

電梯作為當前十分重要的一種運輸設備，伴隨著科學技術水平的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷建設而出現(xiàn)。為進一步提高電梯運行效率與安全性，現(xiàn)如今對于電梯檢測工作的要求越來越高，尤其是對于檢測效率與質量方面，能夠直接決定電梯運行的安全新與可靠性。本文中主要研究的內容就是基于電梯急停的故障檢測與診斷，電梯作為當前與我們人身關系密切相關的特種設備，如果只能夠借助于單一的傳感器進行監(jiān)測工作，往往無法更好的滿足安全運行需要。針對監(jiān)測過程中的多種實時信息來說，可以通過小波相關分析方法對其中的具體數(shù)據(jù)進行融合處理與提取，同時加上故障診斷系統(tǒng)，針對電梯的具體運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測與診斷，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值，及時找到發(fā)生的根源。從當前的電梯安全監(jiān)測系統(tǒng)及其中的主要監(jiān)測手段與診斷技術現(xiàn)狀來看，主要可以分為遠程監(jiān)控系統(tǒng)、動態(tài)性能監(jiān)測系統(tǒng)等。在以下內容中，筆者將基于平衡系數(shù)這一電梯檢測方法進行細致化的檢測方式分析。

1 目前電梯安全監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測手段及電梯診斷技術現(xiàn)狀分析

1.1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以對電梯控制系統(tǒng)當中檢測到的所有運行信息進行自動讀取。該系統(tǒng)屬于一種組合型的電梯管理平臺，利用微處理器分析各類數(shù)據(jù)，包括電梯故障預警、隱患防范以及質量評估等等?，F(xiàn)階段國外一些規(guī)模較大的電梯企業(yè)大多由具有與本企業(yè)產品相配套的成熟遠程監(jiān)控系統(tǒng)。比如蒂森公司當中能夠實現(xiàn)電梯控制的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，檢測與識別電梯運行過程中的錯誤操作以及緊急呼救信息，同時完成分析與處理工作，并自動報警；奧的斯公司當中的電梯監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)分級報警工作。監(jiān)測系統(tǒng)可以自動將電梯服務過程中斷信號發(fā)出，并顯示出具體的性質、乘客狀況、問題以及地點等資料。遠程監(jiān)測技術的發(fā)展離不開網(wǎng)絡技術與計算機控制技術的快速崛起，伴隨著我國電梯行業(yè)當中在近些年來的發(fā)展，越來越多先進的智能化監(jiān)測系統(tǒng)應運而生。比如珠海市地區(qū)的阿爾法企業(yè)，自主研發(fā)了具備實時記錄電梯運行狀態(tài)以及自動報警等關鍵功能，命名為“阿爾法電梯遠程監(jiān)測系統(tǒng)”。

1.2 動態(tài)性能監(jiān)測系統(tǒng)

電梯動態(tài)性能主要包括電梯運行過程中的加速度與實時速度等。現(xiàn)階段大部分電梯測試裝置都具有對加速度、實時速度以及變化率等進行測量的功能。另外為了能夠進行更加深入的分析電梯運行性能與狀態(tài)，還可以針對噪聲等重要參數(shù)進行測量。

動態(tài)性能監(jiān)測系統(tǒng)主要包括兩大類，分別為電梯性能跟蹤檢測與專項性能檢測設備。首先，在專項性能檢測當中，重要的指標與測試重點就是電梯加速度，對這種數(shù)據(jù)的測量經(jīng)過了不斷的發(fā)展，由模擬式測量發(fā)展到了以微處理器為基礎的數(shù)字化測量。我國浙江工業(yè)大學就自主設計實現(xiàn)了對電梯性能的動態(tài)化測試，并申請專利，研發(fā)出了針對液壓電梯進行動態(tài)性能測試的設備，利用傳感器進行數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)處理過后可以在顯示器當中對電梯運行過程中的各類曲線進行觀察，越強的抗干擾性能，在安裝過程中的就越便利，屬于一種具有較高實用價值的電梯性能狀態(tài)檢測裝置。

1.3 電梯診斷技術現(xiàn)狀

目前，從故障診斷方法來看，主要可以分為三種，即解析模型法、信號處理法以及知識法。①解析模型法。就是將被診斷目標的可測信息與模型表達出的先驗信息之間進行比較，從而出現(xiàn)殘差，分析與處理殘差完成故障診斷；②信號處理法。這屬于傳統(tǒng)的診斷技術，一般通過信號模型，比如函數(shù)，對可測信號進行直接分析，提取均值、相位以及方差等具體數(shù)值，從而更好的識別與判斷系統(tǒng)狀態(tài)。這種信號處理法盡管無法直接接觸到被診斷目標的模型，但是依舊是以故障機理詳細分析與研究為基礎的一種方法，可以有效回避數(shù)學模型建立這種難題，因此實現(xiàn)較為簡單，適用于線性與非線性兩種系統(tǒng)；③知識法。這種診斷故障的方法在其中引入了被診斷目標的多個層面信息，尤其是能夠充分運用領域專家的各類診斷知識，因此能夠防止出現(xiàn)過分依賴精確數(shù)學模型的問題。

2 電梯安全相關主要設置

①安全回路開關。所謂安全回路，就是在電梯所有安全部件上都安裝一個安全開關，講這些開關串聯(lián)對一個繼電器進行控制。此時只要確保所有開關全部處于接通狀態(tài)，則安全繼電器完全吸合之后電梯才可以繼續(xù)通電運行；②門鎖回路。電氣連鎖的一種開關，確保電梯的運行之前必須將所有門全部關閉，只有在所有電氣連鎖開關全部接通之后，才可以確保電梯正常運行。當所有門全部關閉的情況下，一旦門鎖繼電器達到釋放狀態(tài)，則可以判斷門鎖回路是斷開狀態(tài)；③安全觸板。又可以劃分為門光幕與門光電。為避免電梯門在關閉過程中對人造成危害，將安全觸板安裝到電梯轎門上，屬于一種安全保護設施。就門光電來說，一般需要有兩個或以上端點，由一點負責發(fā)射，另一點則負責接收。在關閉電梯門過程中，一旦出現(xiàn)物體遮擋光線的問題，接收電無法接收時，就可以立即驅動繼電器進行工作，從而直接對室門開啟進行控制。

3 基于平衡系數(shù)的電梯檢測方法概念梳理

3.1 數(shù)值分析

在現(xiàn)代建筑當中，通?？梢詫㈦娞輨澐譃橐芬寗?、液壓驅動以及強制驅動等方式，其中最為常見的就是曳引驅動。一般來說，曳引式的電梯轎廂和對重借助于鋼絲繩在曳引輪的兩端位置懸掛，轎廂和對中裝置本身的重力會讓曳引鋼絲繩在繩槽當中更加緊實。在電動機轉動過程中，會接受到曳引鋼絲繩所產生的部分壓力，從而帶動鋼絲繩，讓轎廂和對中出現(xiàn)相對的運動，控制轎廂可以在電梯井當中順著導軌進行上下運行。平衡系數(shù)作為這一類電梯在運行過程中的關鍵指標，可以通過對重，對轎廂自重與轎廂當中的總負載重量進行平衡，讓曳引電機能夠具有更低的運行負荷。對重平衡運行原理圖如圖1所示。轎廂負載大小會伴隨著物品與乘客的運載數(shù)量、重量的變化而變化，但是在完成電梯安裝調試工作之后，對重一般已經(jīng)完成固定且不能夠隨意更改。

圖1 對重平衡運行原理圖

3.2 重要意義

平衡系數(shù)的設定值能夠對電梯對重質量與不平衡載荷產生直接影響。同時作為對電梯運行穩(wěn)定性能夠產生直接影響的關鍵因素，平衡系數(shù)在經(jīng)過核算調整與電梯安裝，并通過現(xiàn)場監(jiān)督人員確定之后，只要沒有發(fā)生嚴重問題則通常不能夠隨意改變。但是現(xiàn)階段，對于電梯檢修工作有個全新的目標與要求，其中最為關鍵的原因就是：大部分建筑物當中的電梯原本可以分為人用與貨用兩種，因此平衡參數(shù)設定數(shù)值標準具有一定差異。而在實際應用過程中，受到各種各樣因素的影響，人們往往不會更加精準的區(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，在交付給業(yè)主之后，往往會在短期內迎來裝修高峰期。此時就會有許多家具等貨物因為貨梯無法保障運輸而通過人用電梯運輸。而此時人用電梯就會承受過重的負載，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有達到極限數(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)變化對電梯的影響

①曳引式電梯機組設備當中電機功率的影響。在曳引式電梯當中（曳引電梯的主要組成原理圖如圖2所示），曳引系統(tǒng)電機功率初次選擇安裝與投入之后的具體應用核算時期，都可以以凈功率為出發(fā)點進行計算。當平衡系數(shù)增大異常時，電機功率余量就會大量降低，進而導致動力不足，嚴重時可造成電梯失控，對乘坐人員的人身安全造成不良影響。②對電梯安全性產生的影響。在平衡系數(shù)變化之后，會對轎廂與對重裝置的總體重量產生直接影響，從而導致各項關鍵數(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，電梯運行穩(wěn)定性與安全性也會因此而降低。除此之外，各種參數(shù)信息的變化還可能致使電梯運行過程中發(fā)生啟動、減速與制動等的異常情況。例如：在電梯當中有較多乘客時，電梯原本的升降速度并不會引起乘客不適，而一旦平衡系數(shù)發(fā)生變化，則會導致電梯升降速度異常，進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)理論為基礎的電梯荷載電流曲線圖，是一種十分常見的用于檢測故障的方法。這種方法的最主要原理就是：設定電梯轎廂當中的載荷約為30%-60%，設置平均增長幅度約為10%，同時需要增設45%左右的載荷量，總共設置載荷量約為5個，讓電梯能夠上下正常運行。具體的實際觀察指標就是：在轎廂與對重處于豎直方向上切滿足同一個水平高度之后，對曳引系統(tǒng)當中電機的實時電流數(shù)值進行記錄，同時繪制出具體的電流載荷數(shù)值曲線圖。此時電梯在上行與下行運作過程中的曲線交點就是平衡系數(shù)。通過這種電梯檢測方式，能夠讓相關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)定的運行狀態(tài)。

圖3 電流法平衡系數(shù)測試

4.2 二次加載電流法

除了載荷電流曲線圖法之外，還可以通過二次加載電流法來更加精準的測量出電梯平衡系數(shù)。這種方式不需要設置多種轎廂載荷水平，而只需要設置兩個值，即40%與50%，而后進行上行與下行實驗即可。類似于載荷電流曲線圖法，同樣需要對轎廂和對重在縱向上的同一水平達到同一高度時產生的電機電流數(shù)值進行記錄。主要的計算公式如下在該公式當中，k代表平衡系數(shù)，Δ1代表轎廂載荷40%時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，可以更加準確的對電梯運行過程中的實時平衡系數(shù)進行測量，從而更有利于對電梯運行狀態(tài)進行判斷，確保電梯運行安全性與穩(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

電梯當中所有安全部件都需要安裝安全開關，并且都屬于串聯(lián)狀態(tài)，都控制一個繼電器工作。在所有開關全部處于連接狀態(tài)時，安全繼電器則可以正常進行吸合，電梯才可以正常運作。在安全回路發(fā)生故障之后，電梯會立即啟動緊急停止程序，處于轎廂上部位置的檢修箱當中的急停開關會立即啟動，讓電梯由運行狀態(tài)變?yōu)橥Ｖ範顟B(tài)。致使這種問題發(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誤操作導致。除此之外，安全繼電器一旦發(fā)生接觸不良的問題也會導致急停故障。具體維修方式就是技術人員應當及時前往機房，借助于控制屏對安全繼電器的運行狀態(tài)進行觀察，從而使維修更具有針對性。

5.2 電梯門無法正常開關故障診斷與維修方法

為確保電梯在進入到運行狀態(tài)之前所有門能夠處于關閉狀態(tài)，要求電梯系統(tǒng)當中所有廳門與轎門都需要設置電氣連鎖開關。在所有的電氣連鎖開關都處于接通狀態(tài)之后，安全繼電器才可以完全吸合，電梯才可以正常運行。常見故障狀態(tài)就是在所有門處于關閉狀態(tài)下時，受門鎖回路故障影響，致使電梯出現(xiàn)迅速急停的故障。此時電梯會直接停到最近一個樓層上，而自動開門之后卻無法繼續(xù)閉合。對這種故障進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鎖是否出現(xiàn)了故障；②了解是否有人在開門操作過程中使用了三角鑰匙；③判斷具體的故障位置是廳門還是轎廂們；④一旦廳門出現(xiàn)了故障，則需要在檢修過程中按照檢修速度來運行電梯，并逐層針對所有廳門當中的連鎖接觸情況開展全面檢測，只有這樣才能夠有效提高故障診斷效果[3]。

6 結束語

綜上所述，隨著當今科技和市場經(jīng)濟的發(fā)展，電梯在人們的日常生活中已經(jīng)越來越普遍，在人們使用方面起著越來越大的作用，并且已經(jīng)在城市發(fā)展建設中成為一個不可缺少的重要工具。它在給我們生活帶來極大方便的同時，安全問題也層出不窮，電梯故障事件也比比皆是。由此可見，如何提升電梯在運行方面的安全也是電梯行業(yè)目前較為重要的問題。因此，本文根據(jù)電梯故障問題給出了多方面建議。通過信息集成、過程優(yōu)化、資源配置，實現(xiàn)對電梯產品的全生命周期數(shù)據(jù)的規(guī)范管理。將先進的技術以及將新理論的運用融入到電梯的故障檢測中，加強電梯安全性能，提高電梯運行能力，不斷追求進步。嚴格遵守安全和質量的高標準要求，以安全可靠作為基礎原則。保障人民生活健康，確保電梯行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。