基于无线电缆的电梯智能故障诊断系统研究

刘德峰

摘 要：伴随城市人口急剧增加，高层建筑数量及规模均有所增加，电梯在高层建筑中不可或缺。近年来，电梯安全事故频频发生，不仅给人们人身安全及财产构成严重威胁，而且极大程度阻碍城市发展。基于此，本文就无线电缆的电梯智能故障诊断系统予以研究，以此仅供参考。

关键词：无线电缆、电梯;智能故障诊断系统;研究

当前电梯控制系统中，其采用的主控制器与轿厢控制器利用电缆连接，通过电缆实现轿厢控制信号输送，且为轿厢提供电源。但电缆长此以往进行弯折，会引发缆线内部芯线断裂，特别发生暗断情况，给维修人员检测带来困难，加之如今楼层越来越高大，所需电缆长度大幅度增加，过重电缆会对电梯正常运行产生影响。同时，电缆易受外部因素干扰，致使通讯故障时有发生。

一、无线电梯控制系统实施方案

1、无线电梯控制系统结构

就传统电梯控制系统而言，其重要遵循分布式控制理念予以设计，能有效减少电梯故障发生，提升电梯运行稳定性，同时减少电缆使用数，为后期电梯安装及维修提供便利。传统的电梯控制系统主要包含电梯控制器、外招板、轿厢控制器、变频器、曳引机、远程监控系统及安全回路，本文主要在传统电梯控制系统基础上，提出无线电梯控制结构。

与传统电梯控制系统相比较，无线电梯主控制器与轿厢间桥梁为Zigbee无线通讯方式，电梯各个分控均采用相同方式，充分将WiFi与电梯主控制予以利用，作为移动端电梯监控系统。在轿厢进行信息收集层面，若系统运用增量式编码器实现位置检测，需门区开关做以支撑，提供相应的位置参考点，通常将其设置在轿厢上。传统电梯控制系统中，其主要通过对电缆进行门区检测，而无线电梯控制系统中，需将随行电缆予以取消。若系统将轿厢获取的信息通过无线轿厢传输给主控制器，则对其门区收集信息时间标准难以满足，轿厢涵盖内容较多、通讯时间较长，所以增量式编码完成轿厢位置测定难以实施，绝对值编码无需采用门区开关辅助，便可实现轿厢位置监测。

2、无线电梯控制系统安全回路设计

电梯回路为电梯控制系统核心部分，为电梯安全运行做以支撑。本文对随行电缆实施无线化，主要将安全回路分为两部分：其一，电梯机房安全回路;其二，电梯轿厢安全回路。电梯主控制板会将上述两个回路电压予以检测，轿厢控制板可通过其自身安全回路，将安装状况予以输送给主控制板，待电梯主控板接收相关信息后，根据状态信息实现机房安全回路继电器可控化。

在轿厢安全回路中，其中安装装置包含安全开关、上下极限开关、紧急开关、门锁开关、检修开关等，除此之外，为实现轿厢安全电压检测，在其回路上设置3个检测点。而电梯机房安全回路中，安全装置包括限速开关、轿厢缓冲开关、涨紧开关、紧急开关、重缓冲开关等，同时增设3各常开预控继电器及1各常闭继电器。在检测电压点设置方面，其与轿厢安全相似，共设有4个监测点。

为使轿厢安全回路产生活动能即刻切断驱动电源，该方案中将轿厢至机房安全线缆予以去除，在其机房安全回路上增加4个预控继电器。

二、无线电梯控制系统硬件设计

1、无线电梯主控制板硬件功能规划

无线电梯主控制板为无线电梯系统的“心脏”，其核心作用为接受及处理其他模块传输的信息，其中包含电梯内外号信号、检修或紧急信号等;返回及输出运行控制信号包含，电梯开关门信号、沟通接触器吸或释放等。其主控制硬件可涵盖以下几个功能：第一，无线轿厢通讯接口。主要利用Zigbee技术，对轿厢控制器输入及输出信号进行控制及收集。第二，端口通讯接口。通过端口版，将其输出及输入信号进行采集及控制。第三，收集监测通讯接口。通过Wifi系统，相关人员可在移动端口将电梯运行状况予以掌握。第四，井道信息通讯接口。采用绝对值编码，对井道位置予以明确。第五，人机交换模块。相关人员能及时将电梯相关参数进行修改。第六，無线群控通讯接口。通过该端口，实现各群控信息共享[1]。

2、无线电梯主控制板硬件电路设计

无线电梯主控制板硬件电路设计主要包含：主控芯片、无线模块、CNA总线通讯接口、存储模块、人机交互接口。其中就主控芯片电路设计而言，需具备良好的抗干扰性，同时还应满足数据处理要求，一般选取LPC1766微处理器。而无线模块中轿厢通讯接口均选取Zigbee无线模块，根据当前市场价格、发送距离等因素予以考量，本文将选取RE3SP内核高性能IEEE802.15.4无线片上系统（SOC），集成了2.4GHz，IEEE802.15.4兼容的收发器，128kB闪存和8KB RAM存储器。对CAN总线通讯接口设计中，应电梯所处环境较为复杂，极易使通讯信号在传统进程中产生错误，所以通常在电梯串口通讯中采用分信号实现传输，其具有效率高、抗干扰力强等。同时其总线收发器需具备较强的电池兼容性，确保在不上电状态下，总线保持无源状况，降低系统整体功率消耗。在无线电梯控制系统中，选用EEPROM存储模块，以此实现相关参数及信息的存储。

三、无线电梯智能故障诊断系统设计

1、智能故障诊断系统的结构设计

本文将专家系统运用于无线电梯智能故障诊断中，为该系统故障诊断奠定坚实基础，其基本结构如图1所示。

该系统主要包含故障知识库、综合数据库、知识获取机构、推理机、解释机、人机交互界面等。首先，知识库主要通过电梯工程师、电梯专家等获取电梯相应问题的结果，并将其进行处理表现为计算机语言形式予以展现，该系统中知识库与人机交互界面密切联系，将人机交互输入的内容，转化为与知识库匹配接收方式，实现输入及存储，同时是知识库可根据用户实际情况，将存在故障知识在人机交换界面予以展现，给电梯专家修改提供便利;其次，推理机作为该系统中重要思维导向，为专家系统核心构成，电梯故障知识库通过推理机实现自身价值。根据现有条件，将知识库中的规格进行循环匹配，获取相应新结论，获得相应问题解答结果。此外，该系统中控制故障知识库，主要将电梯工程师提供知识予以储存，一方面为推理机进行推理提供信息，另一方面，给解释器提供相应所需知识，其可直接检测该系统质量重要指标，所以电梯故障知识库中包含知识量，对专业系统具有重要作用。最后，数据库主要将用户输入信息予以储存，并将推理机推理进程中获取最终结果进行存储，根据实际情况将信息输送给人际交互界面。而解释器主要为机器及用户桥梁，不仅为系统与用户交互进程中，将系统实施任务及原因以动态形式反映，而且反映系统知识库处于静态。人际交互界面，主要将用户、专业、工程师紧密联系，作为沟通交流的重要通讯接口[1]。

3、智能故障诊断专家系统知识表现形式

当前存在各类知识表示技术，其中包括语义网、框架、脚本、逻辑等。而电梯故障知识表现，主要将知识转化为各类符号、形式等，通过将数据结构将各类知识予以整合，并融合于计算机设计进程中，根据无线电梯智能故障诊断特征，主要以产生式和框架式为主。两种表达方式均存在优缺点，其中生产式尤为优势为，具有一致性及自然性，反之不足有效率低、对结构知识难以表达。

四、试验测试

1、无线通讯测试

本文中构建的无线系统平台主要包含端口控制板、Zignee无线模块、开关电源、示波器等。无线通讯系统内涵盖电梯主控制板、电梯轿厢控制板无线通讯，其中电梯主控制板分别与端口及速度控制板连接，倘若其与任何一个通讯断开或存在异常，均可在电梯主控制显示屏上查看。当电梯主控制板与电梯轿厢控制板、端口、速度控制板均处于正常通讯，电梯主控制显示板会出现“当前无故障”。

2、安全回路故障测试

无线电梯安全回路可分为机房安全回路、轿厢安全回路。该安全回路中共设有7各电压监测点，在此以其中一个点作为案例，予以进行分析：在无线电梯控制系统正常运行时，将轿厢板安全钳开关、应急开关、门锁开关分别断开，并查看人机交互界面显示结果，最终故障显示为“继电器SRI无信号”相应专家系统判定故障原因为“安全钳、上下极限开关、继电器SRI发生粘连”。对于上述安全回路故障检测中，显示正确且简洁明了。

结束语

能将电梯故障原因予以及时排查，并采取针对性解决措施，为电梯正常运行具有重要作用，而本文中研究采用无线Zigbee技术，可保障轿厢与电梯主控制板通讯通畅，并在实际应用中能及时将故障原因简洁明了表述，为人们乘坐电梯提供有力保障，所以电梯设计人员在进行设计时，可将无线通讯及控制安全回路设计充分运用。

参考文献：

[1]沈茂，赵国军.基于无线电缆的电梯智能故障诊断系统研究[J].机电工程，2018，35（003）：323-329.