电梯电气安全回路故障检测方法研究

徐露

（江西交通职业技术学院机电工程学院，江西南昌，330013）

0 引言

电梯已经成为高层及超高层建筑中不可或缺的组成部分，电梯的使用为人们的生活提供了便利条件。作为一种性质特殊的机电设备，电梯能够实现更加平稳的运行，与乘坐人员自身的安全存在着直接的联系[1]。因此，对于电梯的定期维护和保养显得尤为重要，不仅需要对其进行定期维护，同时还需要在出现故障问题时及时找出故障原因并解决，以避免故障带来的威胁程度进一步提升[2]。在电梯运行过程中，发生最频繁的故障问题是电梯安全回路故障，如何实现对电梯电气安全回路故障问题的快速检测是当前相关领域研究人员重点关注的问题。安全回路结构的引入能够将电梯整体结构与其相应的电气装置进行连接，安全装置包括用于控制电梯运行速度的装置、在电梯超速时提供保护的装置等[3]。基于此，本文针对电梯中电气安全回路故障问题，开展对其检测方法的设计研究。

1 电梯电气安全回路故障检测方法设计

■1.1 电梯电气安全回路故障诊断专家知识获取

电梯电气安全回路故障诊断专家知识获取是将针对电梯电气安全回路在电梯运行过程中的各项相关问题进行求解的专门知识，从电梯知识源当中进行提炼，并通过转换的方式，实现其到计算机程序上的改变过程。通常情况下，电梯电气安全回路的相关知识源不会以现成的形式存在，因此作为判断其故障的主要知识，必须通过抽取和表示的方式，实现对所有所须知识的提炼[4]。图1为电梯电气安全回路故障诊断专家知识获取示意图。

图1 电梯电气安全回路故障诊断专家知识获取示意图

针对电气安全回路故障的电梯故障诊断知识，其获取过程可以大致划分为五个不同阶段，分别为初期专家知识认识阶段、专家知识概念化处理阶段、专家知识形式化处理阶段、专家知识实践应用阶段以及后期验证阶段[5]。当判断电梯可能存在电气安全回路故障问题时，首先，了解并认识问题存在的特征；其次，根据特征提出相应的要求，为建立概念以及其相互之间的关系提供条件；再通过概念化处理，形成针对特定电气安全回路故障问题的概念，并在形式化阶段，将其相应的知识结构进行组织；在明确知识结构后，建立知识库以及相应推理机制；最后，对推理得出的故障问题进行推理，完成对检测结果的验证。通过上述操作完成对用于故障诊断的专家知识的获取，为后续故障检测提供依据。

■1.2 故障检测推理机制构建

将本文上述获取的电梯电气安全回路故障诊断专家知识通过统一处理，存储在断言库当中，并利用其相应断言ID和断言名完成对各个专家知识内容的描述。

以电梯急停为例，当上位机当中显示“E-emergency stop-01”时，通过在断言库当中找出该ID位置，得出相应的断言名。在对电梯电气安全回路状态判断及检测前，存在一个初始状态，否则故障诊断及检测将会失去基础。这个初始状态可以是用户主动提出的故障现象，也可以是电梯在运行过程中其相关参数出现的异常状态。因此，针对这一问题，首先需要根据当前电梯运行的异常状态，对其安全回路故障的原因进行初步判断。结合本文上述获取到的电梯电气安全回路故障诊断专家知识，对故障现象及产生原因进行进一步的推理，以此完成正向推理。针对上述正向推理无法实现的安全回路故障状态，可通过调用反向推理的方式完成对其故障原因的分析。根据电梯初始状态节点，提出一个合理的假设目标，针对这一目标在断言库当中寻找是否存在与目标相匹配的规则集，若存在则说明给出的假设目标合理，得出相应的推理结果；若不存在，则说明给出的假设目标不合理，无法得出相应的推理结果，需要重新假设目标，并重复上述操作。

针对实际电梯在运行过程中的电气安全回路故障检测问题，除了具备上述两个不同的推理机制以外，还会存在对推理机制的选择次序问题，因此在实际推理的过程中，应当不断利用现有已知的事实与断言库当中的各项规则进行匹配。当匹配的过程中，出现多条规则都能够匹配成功时，则认为此时这种情况为冲突情况。针对这一问题的出现，需要按照一定的策略对冲突问题进行解决，匹配的过程中先计算各种组合的可信度，利用冲突消解的方式，对推理规则进行排序，以此找出针对不同安全回路故障问题的推理机制。

■1.3 电梯电气安全回路状态判断及检测

在明确上述专家知识和相关推理机制后，针对实际电梯运行情况，完成对其电气安全回路状态的判断和检测。电梯电气安全回路检测电气原理图如图2所示。

图2 电梯电气安全回路检测电气原理图

在判断和检测前，还需要对回路上各个部分的电压值进行测量，并根据测量得出的结果判断与电梯运行装置相连接的安全装置是否存在短接问题，并通过光敏传感器对回路上多个接触点的参数进行获取，以此判断接触点位上的故障状态，相关参数主要包括拉弧的频率、强度等内容。结合本文上述构建的故障检测推理机制，若三者之间存在如公式（1）所示关系，则说明电梯电气安全回路上的连锁回路与安全电路均不存在短接的问题，不会发生故障。

公式（1）中，aU表示为安全电路电压值；Ub表示为电梯厅门锁回路电压值；U c表示为电梯轿门锁回路电压值。若三者存在如公式（2）所示关系，则说明此时电梯厅门锁回路存在被短接的现象，安全回路存在异常运行状态，出现了故障问题。

在电梯实际运行过程中，通过脉冲反射的方式也能够实现对电梯电气安全回路状态判断及检测。在电梯运行过程中，对安全回路的阻抗不匹配点距离进行计算，其公式为：

公式（3）中，L表示为电梯回路上存在阻抗问题的不匹配距离大小；V表示为脉冲波速度；Δt表示为脉冲与反射脉冲之间的时间差大小。在电梯运行阶段，通过反射脉冲记录仪对其变化进行实时监测，结合公式（3）所示计算，完成对电梯运行时出现阻抗不匹配点距离的计算，为保证检测结果的错误率控制在要求标准范围内，本文结合反射脉冲极性对得出的检测结果进行验证，判断电梯运行时电气安全回路的故障性质，利用脉冲反射方法对安全回路的管路或短接故障问题进行判断和检测。

此外，还可以通过电位差比较法对电梯电气安全回路状态进行判断，当电梯层门关闭时，连通门锁开关，将工作电压放入安全装置，形成安全回路，当三极管处于饱和状态时，二极管点亮，继电器线圈接通，回路导通，电梯可以正常运行。当回路短路或者断路时，三极管无法工作，继电器断开，二极管无法点亮，电气安全回路断开，电梯无法正常运转，综上所述，该方法是通过判断二极管是否点亮，确定电气安全回路的故障地点。

根据上述电梯电气安全回路状态判断及检测，通过模拟操作对电梯电气安全回路进行检验，检验步骤如表1所示。

表1 电梯电气安全回路检验步骤

电梯电气安全回路检验过程采用方式为：将连接机房控制柜的接头线路分别与电气安全装置、轿门监控信号短接，并通过电梯控制柜的显示屏上显示的故障信息与电梯的运行状态，判断其是否正常运行。

2 对比实验

■2.1 实验准备

在对故障检测方法进行设计时，为了确保其在实际应用中的工作性能，在本文上述理论设计的基础上，利用现有设备，对本文检测方法和传统检测方法检测结果的对比，完成如下对比实验：

实验过程中，控制两种检测方法除本文上述提出内容存在不同意外，其余各项软件和硬件条件均相同的情况下进行，两种检测方法所需实验设备包括：预控继电装置、变频隔离装置、KEB556-D401型号变频装置、抱闸接触装置、电梯控制柜等。在实验过程中，控制电梯始终保证平稳的运行状态，将其输出开关电源设置为5V/24V，为在第一时间获取到检测相关数据结果，将计算机与电梯实验板通讯设

备用USB转串口线进行连接，将得出的检测结果直接显示在上位机当中。选择电梯电气安全回路常见5种故障模式，分别在对电梯故障进行检测的过程中，随机引入相应的故障发生次数，利用两种检测方法对其进行故障诊断检测，将检测出的每种故障模式下的故障次数作为实验对比指标。

■2.2 实验结果及分析

根据本文上述准备内容，在完成相应的实验操作后，将实验结果进行记录，并将其绘制成如表2所示实验结果对比表。

表2 两种检测方法实验结果对比表

从表1中两种检测方法的实验结果可以看出，本文检测结果与传统检测结果相比，明显更加接近于实际电梯电气安全回路故障发生次数，同时在针对故障类型2、故障类型3和故障类型5进行检测时，检测准确率高达100%，而传统检测方法均存在超过±20次以上的误差。同时，在实验过程中发现，本文检测方法得出的检测结果在上位机当中的显示耗时明显小于传统检测方法，因此检测时效性也有所改善。因此，通过本文实验得出，新的故障检测方法在实际应用中能够有效降低故障检测的错误率，达到更高的检测精度。

3 结束语

电梯电气安全回路故障是电梯在运行中常见的故障，也是造成电梯安全故障的主要原因，为了更好地解决此方面问题，本文针对此方面故障发生的原因，提出一种故障检测方法，并通过设计实验对方法进行验证的方式，证明了本文设计方法是具有一定应用价值的。总体而言，与本文课题相关的领域中所含有的知识体系是十分专业的，不仅需要掌握电梯电气的标准化运行流程，同时也要懂得电梯电气的运行机理，因此，整体设计过程是十分复杂的，考虑到在本次研究中，研究时间有限，仅针对部分功能进行了设计，并未能进行更深层次的分析，因此在后期还需要对本文方法进行持续完善。