电梯故障自动检测与处理系统结构设计

1、电梯故障自动检测与处理系统结构设计*大学毕业/学士学位论文注1电梯故障自动检测与处理系统结构设计 作 者：*指导老师：*专 业：电气工程及其自动化研究方向：电梯故障自检与处理实习单位：*电梯有限公司二0一五年*月*日目 录摘 要3引 言3一 系统设计思想3二 系统功能设计31.实时检测32.故障报警33.故障诊断44.数据管理45.报表输出4三 系统构成41.硬件构成42.软件构成52.1 数据采集程序52.2 检测程序52.3 专家系统诊断程序52.3.1 知识库52.3.2 推理机72.3.3 数据库82.3.4 故障查询机构82.3.5 知识获取机构82.3.6 人机界面9总 结9参考文

2、献 9致 谢10摘 要电梯作为一种频繁使用的特种建筑设备，长时间、高频率的上下运行，常常发生各种各样的故障，为提高电梯维保人员的故障分析能力和判断能力，提高故障分析的准确性，使维保人员能迅速地找到故障部位，及时处理、排除故障，对电梯进行故障自动检测就显得十分重要。本课题设计故障自动检测与处理系统，介绍电梯远程电脑监测及故障诊断专家系统的设计思想、功能特点及软硬件构成。该系统采用分布式监测系统，故障诊断专家系统中采用框架知识表示形式, 混合推理策略, 具有知识获取能力, 诊断过程解释功能。从而实现电梯的远程实时故障监测, 大大提高了故障诊断效率。维修人员可通过人机界面及时、高效地处理突发故障，缩

3、减排除电梯故障的时间，为大家生活提供优质的服务。关键词电梯 故障自检 故障处理 引 言电梯是高层建筑中必不可少的交通工具, 与人们的工作和日常生活紧密相关，但目前对电梯的使用和管理缺乏一种比较科学的方式, 尤其是电梯出现故障时, 管理人员不能及时察觉。由于电梯的复杂性, 出现故障后, 维护人员不能迅速准确地排除故障。因此, 随时掌握电梯的运行情况, 提高故障电梯的修复速度, 是非常重要的， 针对这一情况, 设计了电梯故障自动检测与处理系统。随着科学技术的发展，楼宇智能化技术的需要，给电梯这个复杂的机电一体化产物在故障排除的时效性和乘座的可靠性上提出了更高的要求，组建专家系统对电梯控制系统实现故

4、障自动检测与处理迫在眉睫。一 系统设计思想电梯的安装位置视建筑要求而定, 因而有可能一幢建筑物中设有多台电梯。对居民区而言，往往由一个监控中心负责整个小区的电梯监测。基于这种情况，我们需要采用分布式监测系统, 即以分布在各电梯控制柜处的数据采集模块完成被监测电梯数据的采集、处理、发送, 以安装于主控室的中央管理电脑完成电梯运行状态的检测及故障诊断。为提高电梯监测系统的故障分析能力和判断能力，提高故障分析的实时性和正确性, 使维修人员能迅速地找到故障部位，及时处理，排除故障，对电梯进行实时故障检测与诊断就显得十分必要。故障诊断方法有基于物理模型的故障诊断、基于数学模型的故障诊断和基于专家系统的故

5、障诊断等。而对电梯而言, 电梯控制系统由电力拖动系统和电气控制系统两部分组成,其出现故障情况复杂, 且不可能采集电梯的所有信号, 由物理模型和数学模型都难以准确地描述电梯的故障部位和故障原因, 因此本系统采用专家系统进行电梯的故障检测与诊断。二 系统功能设计1.实时检测本系统对电梯进行实时检测, 使管理人员随时掌握各电梯的运行状况。主控室电脑通过数据采集模块检测各部电梯的运行方式和状况、层楼位置, 并累计运行次数。2.故障报警主控室电脑根据检测信号判断故障, 当电梯发生故障停运时, 立即发出声光报警信号, 及时通知管理人员。3.故障诊断对各故障现象给出专家诊断处理意见, 包括故障现象、故障原因

6、、解决办法等, 并指导维护人员完成电梯修复工作, 同时记录故障时间和故障类型。4.数据管理数据库中存放着各部电梯的运行数据, 包括电梯运行次数、故障时间、故障现象、故障原因、故障次数等数据, 供管理人员查询, 以便随时掌握各电梯运行情况。5.报表输出系统设有单台电梯运行数据的日报表和月报表, 以及各部电梯的运行数据和故障数据的日报表, 便于管理人员向上一级管理单位汇报电梯工作情况, 并使运行数据规范化、标准化。三 系统构成1.硬件构成 系统硬件结构如图1 所示：系统采用三菱公司的数据采集模块完成电梯状态信号的采集处理, 并将数据发送到中央处理电脑。中央处理电脑存储所采集的数据, 并进行故障判断

7、, 如有故障, 发出报警, 管理人员即可启动故障诊断专家系统。主控室选用中央处理器为Intel 酷睿i7 4510U的惠普电脑, 安装WIN 7操作系统, 以保证系统具有友好的人机界面。因为本系统采用分布式监测系统, 为实现远距离的可靠通信, 采用RS485 串行总线接口标准。RS485 串行总线接口采用差动输入和输出, 具有很强的抗共模干扰能力, 其传输介质为双绞线, 成本低, 使用及敷设方便。中央处理电脑的串行总线接口为RS232 标准, 因此需采用三菱专用的RS232/RS485 转换器进行接口转换。 为扩大传输距离, 每1千米需使用一台中继器。主控室电脑带有一台打印机, 可根据要求打印

8、各类报表, 同时配有一台UPS不间断电源, 防止出现意外断电时数据丢失。2.软件构成系统软件由三部分构成: 数据采集程序、自动检测程序、专家系统故障处理程序。2.1数据采集程序数据采集程序完成电梯状态信号的采集工作, 此程序又包括两个子程序、通讯程序、数据采集、存储程序。通讯子程序完成主控电脑与数据采集模块的通讯任务, 包括设置模块地址、波特率、校验状态等；数据采集、存储子程序则主要用于采集并存储数据。2.2检测程序检测子程序完成电梯运行状态的监测, 包括电梯运行方式: 自动、司机、检修、消防等。电梯运行状态：锁梯、安全、急停、门锁、开门、关门、门区、超载、呼梯、运行、定向、层楼指示、上下行指

9、示, 并对数据库中提供的实时数据进行异常判断。2.3专家系统诊断程序当检测程序发现有故障时, 发出故障报警, 主控电脑随即启动专家系统程序，进入故障自动检测与处理建议状态。专家系统诊断程序的结构如图2 所示。2.3.1知识库知识库是专家系统的核心之一, 其主要功能是存储和管理专家系统中的知识。适当的知识表示是建立知识库系统的关键, 常见的知识表示方法有: 产生式规则表示法、 语义网表示法、 框架表示法、 概念图表示法等等。系统中知识库由诊断知识构成, 知识的表示采用框架法。所谓框架就是表示实体类型的数据结构，每个框架都由一组有名的槽组成, 可对这些槽填值, 也可填写指向其他框架的指针。当框架的

10、所有槽都被填上了值, 称此框架为一个“实例”, 实例表示一个由未填值的框架所表示的实体类中的一个实体。使用框架表示故障知识库的优点是:(1) 诊断推进所涉及的知识包括故障名称、确认条件、故障原因、处理方案等内容, 具有典型的固定结构, 适于用框架表示。用框架表示时, 一个槽值的多个侧面可以用来描述同一项目内容的不同情况, 如一个故障可能由多个原因引起, 即可填入不同的侧面。另外, 也允许某条知识的某个槽没有槽值。(2) 框架很容易由面向对象的方法设计和实现。系统中框架的表示形式如图3 所示。基本故障框架结构如下判断框架：*故障名称: *确认条件: *故障代码：*处理建议: *例如判断框架：一故

11、障名称: 无关门到位信号确认条件: 轿门未关闭、关门到位开关异常、门锁触点接触不良等故障代码: 05处理建议: 关好轿门、检查关门到位开关、检查门锁触点开关判断框架：二故障名称: 有关门到位信号, 无门锁信号确认条件: 层轿门电气联锁断开或触点接触不良故障代码: 06处理建议: 检查层轿门开关及电气联锁回路判断框架：三故障名称: 有急停信号确认条件: 安全回路异常、门锁回路异常、终端开关异常等故障代码: 14处理建议: 检查安全回路、门锁回路、终端开关等判断框架：四故障名称: 主板通讯错误确认条件: 供电异常、通讯异常、信号异常故障代码: 16处理建议: 检查电源、通讯元器件及电路板、通讯电缆

12、线等2.3.2推理机推理机是专家系统的另一核心。推理机实质上是一组电脑程序, 其主要功能是协调控制整个系统, 决定如何选用知识库中的有关知识, 对电梯故障进行判断推理。系统采用深度优先搜索策略，以电梯的所有故障集作为一个状态空间, 在此状态空间中所有故障由一棵倒置的故障树表示, 如图4 所示。所有故障分为两类: 一类为可恢复性故障, 即经过简单的处理（如断电复位）就可恢复电梯的正常运行；另一类为不可恢复性故障, 如开关、继电器、各电子元器件的永久性损坏等等。本系统中采用正向(或数据驱动)推理与逆向(或目标导向)推理相结合的方式, 并采用基于置信度的推理方法。下面仍以电梯不能启动运行为例进行说明

13、。首先由故障框架中的“确认条件： 有开梯、呼梯、定向信号、无运行信号”确认电梯故障为“电梯不能启动运行”, 接着比较各个判断框架的故障原因置信度大小, 如初始条件下“判断框架五”的原因置信度为最大, 则先选择“判断框架五”作为本故障框架的“判断规则槽”槽值, 由此再判断是否有关门到位信号。 若无, 则得到故障原因“轿门或层门未关闭, 或门锁触点接触不良”及处理方法“关好层门、轿门, 检查门锁开关”； 若有, 则说明不符合此判断框架所列的故障确认条件, 此时应以下一个判断规则框架作为本故障框架的“判断规则槽”槽值。如此推理, 即可最终得到故障电梯的故障原因及处理方法。2.3.3数据库数据库是专家

14、系统中用于存放反映系统当前状态的事实数据的“场所”。系统数据库分为动态数据库和静态数据库两种，诊断数据主要来源于实时检则数据。系统在工作时定时检测各采样点的数据, 并存入动态数据库，每进行一次采样, 将新的一组数据存入, 旧的一组数据删除, 因此在数据库中一直保存实时检测数据源, 提供故障检测用。通过对实时数据的处理, 对故障状态进行判决，静态数据库则用来存放一些参数, 如报警上、下限值；某元器件故障次数；电梯运行次数；电梯故障次数等。2.3.4故障查询机构故障查询机构为用户提供了电梯的常见故障、故障原因及处理办法, 方便用户了解有关电梯的知识。2.3.5知识获取机构知识获取机构负责管理知识库

15、中的知识, 包括知识的修改、删除、更新, 并对知识的完整性和一致性进行维护。系统中知识的获取通过两个途径：直接输入知识和利用自学习功能。根据每次检测后的结果, 更新数据, 如原因置信度等。2.3.6人机界面人机界面实现用户与系统的交互, 系统采用符合WIN 7标准的界面形式, 使用户可以通过菜单选择和屏幕提示, 方便地进行电梯运行监测, 电梯故障处理等操作, 专家也可通过人机界面补充给专家系统新的知识、经验。总 结随着科学技术的发展，楼宇智能化技术的需要，给电梯这个复杂的机电一体化产物在故障排除的及时性和乘座的舒适性等方面提出了更高的要求。电脑控制技术和网络通讯技术的发展使电梯的远程监控技术成

16、为了可能，通过电话线或专用线路，对分布在各地的电梯进行运行状态远程监视和操作，通过专家诊断系统对电梯故障及时排除等。本系统具有远程监测和智能化故障诊断能力, 从电梯故障自动检测与处理系统设计的结构、工作原理、主要功能及实现方法来看, 系统在实际的运用中, 可起到辅助诊断的作用。并在继续扩充诊断知识库, 改进推理策略, 提高推理的准确性等方面，有待完善。 如今电子技术、传感器技术、计算机技术、Internet技术等相关技术正快速发展，电梯故障自动检测与处理系统也在不断完善，开发出适合自己电梯的故障自检与处理系统产品，并具有良好性能已经不是什么难事了，且它的出现将为电梯行业带来质的飞跃。参考文献1分布式远程电梯监控系统的设计与实现M. 伍安宁.北京工业出版社2电梯控制系统可靠性的冗余设计J. 刘剑，魏冠楠，牛志成.辽宁化工3电梯原理、使用、维修M. 郭国政.北京电子工业出版社4电梯远程监控网络系统设计与实现J. 王平立，王玲.中国电梯5电梯技术M.史信芳, 陈影, 毛宗源.北京电子工业出版社6人工智能与专家系统开发原理M.罗尔斯顿.上海上海交通大学出版社7知识库系统原理与技术M.贾焰, 王志.长沙国防科技大学出版社致 谢本篇论文的完成,要感谢母校*大