電梯故障自動檢測與處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、電梯故障自動檢測與處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計*大學(xué)畢業(yè)/學(xué)士學(xué)位論文注1電梯故障自動檢測與處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 作 者：*指導(dǎo)老師：*專 業(yè)：電氣工程及其自動化研究方向：電梯故障自檢與處理實習(xí)單位：*電梯有限公司二0一五年*月*日目 錄摘 要3引 言3一 系統(tǒng)設(shè)計思想3二 系統(tǒng)功能設(shè)計31.實時檢測32.故障報警33.故障診斷44.數(shù)據(jù)管理45.報表輸出4三 系統(tǒng)構(gòu)成41.硬件構(gòu)成42.軟件構(gòu)成52.1 數(shù)據(jù)采集程序52.2 檢測程序52.3 專家系統(tǒng)診斷程序52.3.1 知識庫52.3.2 推理機72.3.3 數(shù)據(jù)庫82.3.4 故障查詢機構(gòu)82.3.5 知識獲取機構(gòu)82.3.6 人機界面9總 結(jié)9參考文

2、獻 9致 謝10摘 要電梯作為一種頻繁使用的特種建筑設(shè)備，長時間、高頻率的上下運行，常常發(fā)生各種各樣的故障，為提高電梯維保人員的故障分析能力和判斷能力，提高故障分析的準確性，使維保人員能迅速地找到故障部位，及時處理、排除故障，對電梯進行故障自動檢測就顯得十分重要。本課題設(shè)計故障自動檢測與處理系統(tǒng)，介紹電梯遠程電腦監(jiān)測及故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計思想、功能特點及軟硬件構(gòu)成。該系統(tǒng)采用分布式監(jiān)測系統(tǒng)，故障診斷專家系統(tǒng)中采用框架知識表示形式, 混合推理策略, 具有知識獲取能力, 診斷過程解釋功能。從而實現(xiàn)電梯的遠程實時故障監(jiān)測, 大大提高了故障診斷效率。維修人員可通過人機界面及時、高效地處理突發(fā)故障，縮

3、減排除電梯故障的時間，為大家生活提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。關(guān)鍵詞電梯 故障自檢 故障處理 引 言電梯是高層建筑中必不可少的交通工具, 與人們的工作和日常生活緊密相關(guān)，但目前對電梯的使用和管理缺乏一種比較科學(xué)的方式, 尤其是電梯出現(xiàn)故障時, 管理人員不能及時察覺。由于電梯的復(fù)雜性, 出現(xiàn)故障后, 維護人員不能迅速準確地排除故障。因此, 隨時掌握電梯的運行情況, 提高故障電梯的修復(fù)速度, 是非常重要的， 針對這一情況, 設(shè)計了電梯故障自動檢測與處理系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，樓宇智能化技術(shù)的需要，給電梯這個復(fù)雜的機電一體化產(chǎn)物在故障排除的時效性和乘座的可靠性上提出了更高的要求，組建專家系統(tǒng)對電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)故

4、障自動檢測與處理迫在眉睫。一 系統(tǒng)設(shè)計思想電梯的安裝位置視建筑要求而定, 因而有可能一幢建筑物中設(shè)有多臺電梯。對居民區(qū)而言，往往由一個監(jiān)控中心負責(zé)整個小區(qū)的電梯監(jiān)測?；谶@種情況，我們需要采用分布式監(jiān)測系統(tǒng), 即以分布在各電梯控制柜處的數(shù)據(jù)采集模塊完成被監(jiān)測電梯數(shù)據(jù)的采集、處理、發(fā)送, 以安裝于主控室的中央管理電腦完成電梯運行狀態(tài)的檢測及故障診斷。為提高電梯監(jiān)測系統(tǒng)的故障分析能力和判斷能力，提高故障分析的實時性和正確性, 使維修人員能迅速地找到故障部位，及時處理，排除故障，對電梯進行實時故障檢測與診斷就顯得十分必要。故障診斷方法有基于物理模型的故障診斷、基于數(shù)學(xué)模型的故障診斷和基于專家系統(tǒng)的故

5、障診斷等。而對電梯而言, 電梯控制系統(tǒng)由電力拖動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩部分組成,其出現(xiàn)故障情況復(fù)雜, 且不可能采集電梯的所有信號, 由物理模型和數(shù)學(xué)模型都難以準確地描述電梯的故障部位和故障原因, 因此本系統(tǒng)采用專家系統(tǒng)進行電梯的故障檢測與診斷。二 系統(tǒng)功能設(shè)計1.實時檢測本系統(tǒng)對電梯進行實時檢測, 使管理人員隨時掌握各電梯的運行狀況。主控室電腦通過數(shù)據(jù)采集模塊檢測各部電梯的運行方式和狀況、層樓位置, 并累計運行次數(shù)。2.故障報警主控室電腦根據(jù)檢測信號判斷故障, 當電梯發(fā)生故障停運時, 立即發(fā)出聲光報警信號, 及時通知管理人員。3.故障診斷對各故障現(xiàn)象給出專家診斷處理意見, 包括故障現(xiàn)象、故障原因

6、、解決辦法等, 并指導(dǎo)維護人員完成電梯修復(fù)工作, 同時記錄故障時間和故障類型。4.數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫中存放著各部電梯的運行數(shù)據(jù), 包括電梯運行次數(shù)、故障時間、故障現(xiàn)象、故障原因、故障次數(shù)等數(shù)據(jù), 供管理人員查詢, 以便隨時掌握各電梯運行情況。5.報表輸出系統(tǒng)設(shè)有單臺電梯運行數(shù)據(jù)的日報表和月報表, 以及各部電梯的運行數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)的日報表, 便于管理人員向上一級管理單位匯報電梯工作情況, 并使運行數(shù)據(jù)規(guī)范化、標準化。三 系統(tǒng)構(gòu)成1.硬件構(gòu)成 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示：系統(tǒng)采用三菱公司的數(shù)據(jù)采集模塊完成電梯狀態(tài)信號的采集處理, 并將數(shù)據(jù)發(fā)送到中央處理電腦。中央處理電腦存儲所采集的數(shù)據(jù), 并進行故障判斷

7、, 如有故障, 發(fā)出報警, 管理人員即可啟動故障診斷專家系統(tǒng)。主控室選用中央處理器為Intel 酷睿i7 4510U的惠普電腦, 安裝WIN 7操作系統(tǒng), 以保證系統(tǒng)具有友好的人機界面。因為本系統(tǒng)采用分布式監(jiān)測系統(tǒng), 為實現(xiàn)遠距離的可靠通信, 采用RS485 串行總線接口標準。RS485 串行總線接口采用差動輸入和輸出, 具有很強的抗共模干擾能力, 其傳輸介質(zhì)為雙絞線, 成本低, 使用及敷設(shè)方便。中央處理電腦的串行總線接口為RS232 標準, 因此需采用三菱專用的RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器進行接口轉(zhuǎn)換。 為擴大傳輸距離, 每1千米需使用一臺中繼器。主控室電腦帶有一臺打印機, 可根據(jù)要求打印

8、各類報表, 同時配有一臺UPS不間斷電源, 防止出現(xiàn)意外斷電時數(shù)據(jù)丟失。2.軟件構(gòu)成系統(tǒng)軟件由三部分構(gòu)成: 數(shù)據(jù)采集程序、自動檢測程序、專家系統(tǒng)故障處理程序。2.1數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集程序完成電梯狀態(tài)信號的采集工作, 此程序又包括兩個子程序、通訊程序、數(shù)據(jù)采集、存儲程序。通訊子程序完成主控電腦與數(shù)據(jù)采集模塊的通訊任務(wù), 包括設(shè)置模塊地址、波特率、校驗狀態(tài)等；數(shù)據(jù)采集、存儲子程序則主要用于采集并存儲數(shù)據(jù)。2.2檢測程序檢測子程序完成電梯運行狀態(tài)的監(jiān)測, 包括電梯運行方式: 自動、司機、檢修、消防等。電梯運行狀態(tài)：鎖梯、安全、急停、門鎖、開門、關(guān)門、門區(qū)、超載、呼梯、運行、定向、層樓指示、上下行指

9、示, 并對數(shù)據(jù)庫中提供的實時數(shù)據(jù)進行異常判斷。2.3專家系統(tǒng)診斷程序當檢測程序發(fā)現(xiàn)有故障時, 發(fā)出故障報警, 主控電腦隨即啟動專家系統(tǒng)程序，進入故障自動檢測與處理建議狀態(tài)。專家系統(tǒng)診斷程序的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。2.3.1知識庫知識庫是專家系統(tǒng)的核心之一, 其主要功能是存儲和管理專家系統(tǒng)中的知識。適當?shù)闹R表示是建立知識庫系統(tǒng)的關(guān)鍵, 常見的知識表示方法有: 產(chǎn)生式規(guī)則表示法、 語義網(wǎng)表示法、 框架表示法、 概念圖表示法等等。系統(tǒng)中知識庫由診斷知識構(gòu)成, 知識的表示采用框架法。所謂框架就是表示實體類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個框架都由一組有名的槽組成, 可對這些槽填值, 也可填寫指向其他框架的指針。當框架的

10、所有槽都被填上了值, 稱此框架為一個“實例”, 實例表示一個由未填值的框架所表示的實體類中的一個實體。使用框架表示故障知識庫的優(yōu)點是:(1) 診斷推進所涉及的知識包括故障名稱、確認條件、故障原因、處理方案等內(nèi)容, 具有典型的固定結(jié)構(gòu), 適于用框架表示。用框架表示時, 一個槽值的多個側(cè)面可以用來描述同一項目內(nèi)容的不同情況, 如一個故障可能由多個原因引起, 即可填入不同的側(cè)面。另外, 也允許某條知識的某個槽沒有槽值。(2) 框架很容易由面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計和實現(xiàn)。系統(tǒng)中框架的表示形式如圖3 所示?；竟收峡蚣芙Y(jié)構(gòu)如下判斷框架：*故障名稱: *確認條件: *故障代碼：*處理建議: *例如判斷框架：一故

11、障名稱: 無關(guān)門到位信號確認條件: 轎門未關(guān)閉、關(guān)門到位開關(guān)異常、門鎖觸點接觸不良等故障代碼: 05處理建議: 關(guān)好轎門、檢查關(guān)門到位開關(guān)、檢查門鎖觸點開關(guān)判斷框架：二故障名稱: 有關(guān)門到位信號, 無門鎖信號確認條件: 層轎門電氣聯(lián)鎖斷開或觸點接觸不良故障代碼: 06處理建議: 檢查層轎門開關(guān)及電氣聯(lián)鎖回路判斷框架：三故障名稱: 有急停信號確認條件: 安全回路異常、門鎖回路異常、終端開關(guān)異常等故障代碼: 14處理建議: 檢查安全回路、門鎖回路、終端開關(guān)等判斷框架：四故障名稱: 主板通訊錯誤確認條件: 供電異常、通訊異常、信號異常故障代碼: 16處理建議: 檢查電源、通訊元器件及電路板、通訊電纜

12、線等2.3.2推理機推理機是專家系統(tǒng)的另一核心。推理機實質(zhì)上是一組電腦程序, 其主要功能是協(xié)調(diào)控制整個系統(tǒng), 決定如何選用知識庫中的有關(guān)知識, 對電梯故障進行判斷推理。系統(tǒng)采用深度優(yōu)先搜索策略，以電梯的所有故障集作為一個狀態(tài)空間, 在此狀態(tài)空間中所有故障由一棵倒置的故障樹表示, 如圖4 所示。所有故障分為兩類: 一類為可恢復(fù)性故障, 即經(jīng)過簡單的處理（如斷電復(fù)位）就可恢復(fù)電梯的正常運行；另一類為不可恢復(fù)性故障, 如開關(guān)、繼電器、各電子元器件的永久性損壞等等。本系統(tǒng)中采用正向(或數(shù)據(jù)驅(qū)動)推理與逆向(或目標導(dǎo)向)推理相結(jié)合的方式, 并采用基于置信度的推理方法。下面仍以電梯不能啟動運行為例進行說明

13、。首先由故障框架中的“確認條件： 有開梯、呼梯、定向信號、無運行信號”確認電梯故障為“電梯不能啟動運行”, 接著比較各個判斷框架的故障原因置信度大小, 如初始條件下“判斷框架五”的原因置信度為最大, 則先選擇“判斷框架五”作為本故障框架的“判斷規(guī)則槽”槽值, 由此再判斷是否有關(guān)門到位信號。 若無, 則得到故障原因“轎門或?qū)娱T未關(guān)閉, 或門鎖觸點接觸不良”及處理方法“關(guān)好層門、轎門, 檢查門鎖開關(guān)”； 若有, 則說明不符合此判斷框架所列的故障確認條件, 此時應(yīng)以下一個判斷規(guī)則框架作為本故障框架的“判斷規(guī)則槽”槽值。如此推理, 即可最終得到故障電梯的故障原因及處理方法。2.3.3數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是專家

14、系統(tǒng)中用于存放反映系統(tǒng)當前狀態(tài)的事實數(shù)據(jù)的“場所”。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫分為動態(tài)數(shù)據(jù)庫和靜態(tài)數(shù)據(jù)庫兩種，診斷數(shù)據(jù)主要來源于實時檢則數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在工作時定時檢測各采樣點的數(shù)據(jù), 并存入動態(tài)數(shù)據(jù)庫，每進行一次采樣, 將新的一組數(shù)據(jù)存入, 舊的一組數(shù)據(jù)刪除, 因此在數(shù)據(jù)庫中一直保存實時檢測數(shù)據(jù)源, 提供故障檢測用。通過對實時數(shù)據(jù)的處理, 對故障狀態(tài)進行判決，靜態(tài)數(shù)據(jù)庫則用來存放一些參數(shù), 如報警上、下限值；某元器件故障次數(shù)；電梯運行次數(shù)；電梯故障次數(shù)等。2.3.4故障查詢機構(gòu)故障查詢機構(gòu)為用戶提供了電梯的常見故障、故障原因及處理辦法, 方便用戶了解有關(guān)電梯的知識。2.3.5知識獲取機構(gòu)知識獲取機構(gòu)負責(zé)管理知識庫

15、中的知識, 包括知識的修改、刪除、更新, 并對知識的完整性和一致性進行維護。系統(tǒng)中知識的獲取通過兩個途徑：直接輸入知識和利用自學(xué)習(xí)功能。根據(jù)每次檢測后的結(jié)果, 更新數(shù)據(jù), 如原因置信度等。2.3.6人機界面人機界面實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的交互, 系統(tǒng)采用符合WIN 7標準的界面形式, 使用戶可以通過菜單選擇和屏幕提示, 方便地進行電梯運行監(jiān)測, 電梯故障處理等操作, 專家也可通過人機界面補充給專家系統(tǒng)新的知識、經(jīng)驗?？?結(jié)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，樓宇智能化技術(shù)的需要，給電梯這個復(fù)雜的機電一體化產(chǎn)物在故障排除的及時性和乘座的舒適性等方面提出了更高的要求。電腦控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展使電梯的遠程監(jiān)控技術(shù)成

16、為了可能，通過電話線或?qū)Ｓ镁€路，對分布在各地的電梯進行運行狀態(tài)遠程監(jiān)視和操作，通過專家診斷系統(tǒng)對電梯故障及時排除等。本系統(tǒng)具有遠程監(jiān)測和智能化故障診斷能力, 從電梯故障自動檢測與處理系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)、工作原理、主要功能及實現(xiàn)方法來看, 系統(tǒng)在實際的運用中, 可起到輔助診斷的作用。并在繼續(xù)擴充診斷知識庫, 改進推理策略, 提高推理的準確性等方面，有待完善。 如今電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、Internet技術(shù)等相關(guān)技術(shù)正快速發(fā)展，電梯故障自動檢測與處理系統(tǒng)也在不斷完善，開發(fā)出適合自己電梯的故障自檢與處理系統(tǒng)產(chǎn)品，并具有良好性能已經(jīng)不是什么難事了，且它的出現(xiàn)將為電梯行業(yè)帶來質(zhì)的飛躍。參考文獻1分布式遠程電梯監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)M. 伍安寧.北京工業(yè)出版社2電梯控制系統(tǒng)可靠性的冗余設(shè)計J. 劉劍，魏冠楠，牛志成.遼寧化工3電梯原理、使用、維修M. 郭國政.北京電子工業(yè)出版社4電梯遠程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)J. 王平立，王玲.中國電梯5電梯技術(shù)M.史信芳, 陳影, 毛宗源.北京電子工業(yè)出版社6人工智能與專家系統(tǒng)開發(fā)原理M.羅爾斯頓.上海上海交通大學(xué)出版社7知識庫系統(tǒng)原理與技術(shù)M.賈焰, 王志.長沙國防科技大學(xué)出版社致 謝本篇論文的完成,要感謝母校*大