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

1、電梯故障自動(dòng)檢測(cè)與處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*大學(xué)畢業(yè)/學(xué)士學(xué)位論文注1電梯故障自動(dòng)檢測(cè)與處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 作 者：*指導(dǎo)老師：*專(zhuān) 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化研究方向：電梯故障自檢與處理實(shí)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(jì)思想3二 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)31.實(shí)時(shí)檢測(cè)32.故障報(bào)警33.故障診斷44.數(shù)據(jù)管理45.報(bào)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(cè)程序52.3 專(zhuān)家系統(tǒng)診斷程序52.3.1 知識(shí)庫(kù)52.3.2 推理機(jī)72.3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)82.3.4 故障查詢(xún)機(jī)構(gòu)82.3.5 知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)82.3.6 人機(jī)界面9總 結(jié)9參考文

2、獻(xiàn) 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(zhǎng)時(shí)間、高頻率的上下運(yùn)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(zhǔn)確性，使維保人員能迅速地找到故障部位，及時(shí)處理、排除故障，對(duì)電梯進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)就顯得十分重要。本課題設(shè)計(jì)故障自動(dòng)檢測(cè)與處理系統(tǒng)，介紹電梯遠(yuǎn)程電腦監(jiān)測(cè)及故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、功能特點(diǎn)及軟硬件構(gòu)成。該系統(tǒng)采用分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)中采用框架知識(shí)表示形式, 混合推理策略, 具有知識(shí)獲取能力, 診斷過(guò)程解釋功能。從而實(shí)現(xiàn)電梯的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)故障監(jiān)測(cè), 大大提高了故障診斷效率。維修人員可通過(guò)人機(jī)界面及時(shí)、高效地處理突發(fā)故障，縮

3、減排除電梯故障的時(shí)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(duì)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(shí), 管理人員不能及時(shí)察覺(jué)。由于電梯的復(fù)雜性, 出現(xiàn)故障后, 維護(hù)人員不能迅速準(zhǔn)確地排除故障。因此, 隨時(shí)掌握電梯的運(yùn)行情況, 提高故障電梯的修復(fù)速度, 是非常重要的， 針對(duì)這一情況, 設(shè)計(jì)了電梯故障自動(dòng)檢測(cè)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(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)物在故障排除的時(shí)效性和乘座的可靠性上提出了更高的要求，組建專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故

4、障自動(dòng)檢測(cè)與處理迫在眉睫。一 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(tái)電梯。對(duì)居民區(qū)而言，往往由一個(gè)監(jiān)控中心負(fù)責(zé)整個(gè)小區(qū)的電梯監(jiān)測(cè)?；谶@種情況，我們需要采用分布式監(jiān)測(cè)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(cè)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(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)及故障診斷。為提高電梯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的故障分析能力和判斷能力，提高故障分析的實(shí)時(shí)性和正確性, 使維修人員能迅速地找到故障部位，及時(shí)處理，排除故障，對(duì)電梯進(jìn)行實(shí)時(shí)故障檢測(cè)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(zhuān)家系統(tǒng)的故

5、障診斷等。而對(duì)電梯而言, 電梯控制系統(tǒng)由電力拖動(dòng)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(hào), 由物理模型和數(shù)學(xué)模型都難以準(zhǔn)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(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行電梯的故障檢測(cè)與診斷。二 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)1.實(shí)時(shí)檢測(cè)本系統(tǒng)對(duì)電梯進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè), 使管理人員隨時(shí)掌握各電梯的運(yùn)行狀況。主控室電腦通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊檢測(cè)各部電梯的運(yùn)行方式和狀況、層樓位置, 并累計(jì)運(yùn)行次數(shù)。2.故障報(bào)警主控室電腦根據(jù)檢測(cè)信號(hào)判斷故障, 當(dāng)電梯發(fā)生故障停運(yùn)時(shí), 立即發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào), 及時(shí)通知管理人員。3.故障診斷對(duì)各故障現(xiàn)象給出專(zhuān)家診斷處理意見(jiàn), 包括故障現(xiàn)象、故障原因

6、、解決辦法等, 并指導(dǎo)維護(hù)人員完成電梯修復(fù)工作, 同時(shí)記錄故障時(shí)間和故障類(lèi)型。4.數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)中存放著各部電梯的運(yùn)行數(shù)據(jù), 包括電梯運(yùn)行次數(shù)、故障時(shí)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(xún), 以便隨時(shí)掌握各電梯運(yùn)行情況。5.報(bào)表輸出系統(tǒng)設(shè)有單臺(tái)電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)的日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表, 以及各部電梯的運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)的日?qǐng)?bào)表, 便于管理人員向上一級(jí)管理單位匯報(bào)電梯工作情況, 并使運(yùn)行數(shù)據(jù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)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(hào)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(chǔ)所采集的數(shù)據(jù), 并進(jìn)行故障判斷

7、, 如有故障, 發(fā)出報(bào)警, 管理人員即可啟動(dòng)故障診斷專(zhuān)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(jī)界面。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng), 為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的可靠通信, 采用RS485 串行總線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)。RS485 串行總線(xiàn)接口采用差動(dòng)輸入和輸出, 具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力, 其傳輸介質(zhì)為雙絞線(xiàn), 成本低, 使用及敷設(shè)方便。中央處理電腦的串行總線(xiàn)接口為RS232 標(biāo)準(zhǔn), 因此需采用三菱專(zhuān)用的RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換。 為擴(kuò)大傳輸距離, 每1千米需使用一臺(tái)中繼器。主控室電腦帶有一臺(tái)打印機(jī), 可根據(jù)要求打印

8、各類(lèi)報(bào)表, 同時(shí)配有一臺(tái)UPS不間斷電源, 防止出現(xiàn)意外斷電時(shí)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(dòng)檢測(cè)程序、專(zhuān)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(hào)的采集工作, 此程序又包括兩個(gè)子程序、通訊程序、數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)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(yàn)狀態(tài)等；數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)子程序則主要用于采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。2.2檢測(cè)程序檢測(cè)子程序完成電梯運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè), 包括電梯運(yùn)行方式: 自動(dòng)、司機(jī)、檢修、消防等。電梯運(yùn)行狀態(tài)：鎖梯、安全、急停、門(mén)鎖、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、門(mén)區(qū)、超載、呼梯、運(yùn)行、定向、層樓指示、上下行指

9、示, 并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常判斷。2.3專(zhuān)家系統(tǒng)診斷程序當(dāng)檢測(cè)程序發(fā)現(xiàn)有故障時(shí), 發(fā)出故障報(bào)警, 主控電腦隨即啟動(dòng)專(zhuān)家系統(tǒng)程序，進(jìn)入故障自動(dòng)檢測(cè)與處理建議狀態(tài)。專(zhuān)家系統(tǒng)診斷程序的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。2.3.1知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)是專(zhuān)家系統(tǒng)的核心之一, 其主要功能是存儲(chǔ)和管理專(zhuān)家系統(tǒng)中的知識(shí)。適當(dāng)?shù)闹R(shí)表示是建立知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的關(guān)鍵, 常見(jiàn)的知識(shí)表示方法有: 產(chǎn)生式規(guī)則表示法、 語(yǔ)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(shí)庫(kù)由診斷知識(shí)構(gòu)成, 知識(shí)的表示采用框架法。所謂框架就是表示實(shí)體類(lèi)型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個(gè)框架都由一組有名的槽組成, 可對(duì)這些槽填值, 也可填寫(xiě)指向其他框架的指針。當(dāng)框架的

10、所有槽都被填上了值, 稱(chēng)此框架為一個(gè)“實(shí)例”, 實(shí)例表示一個(gè)由未填值的框架所表示的實(shí)體類(lèi)中的一個(gè)實(shí)體。使用框架表示故障知識(shí)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)是:(1) 診斷推進(jìn)所涉及的知識(shí)包括故障名稱(chēng)、確認(rèn)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(shí), 一個(gè)槽值的多個(gè)側(cè)面可以用來(lái)描述同一項(xiàng)目?jī)?nèi)容的不同情況, 如一個(gè)故障可能由多個(gè)原因引起, 即可填入不同的側(cè)面。另外, 也允許某條知識(shí)的某個(gè)槽沒(méi)有槽值。(2) 框架很容易由面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)和實(shí)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(chēng): *確認(rèn)條件: *故障代碼：*處理建議: *例如判斷框架：一故

11、障名稱(chēng): 無(wú)關(guān)門(mén)到位信號(hào)確認(rèn)條件: 轎門(mén)未關(guān)閉、關(guān)門(mén)到位開(kāi)關(guān)異常、門(mén)鎖觸點(diǎn)接觸不良等故障代碼: 05處理建議: 關(guān)好轎門(mén)、檢查關(guān)門(mén)到位開(kāi)關(guān)、檢查門(mén)鎖觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)判斷框架：二故障名稱(chēng): 有關(guān)門(mén)到位信號(hào), 無(wú)門(mén)鎖信號(hào)確認(rèn)條件: 層轎門(mén)電氣聯(lián)鎖斷開(kāi)或觸點(diǎn)接觸不良故障代碼: 06處理建議: 檢查層轎門(mén)開(kāi)關(guān)及電氣聯(lián)鎖回路判斷框架：三故障名稱(chēng): 有急停信號(hào)確認(rèn)條件: 安全回路異常、門(mén)鎖回路異常、終端開(kāi)關(guān)異常等故障代碼: 14處理建議: 檢查安全回路、門(mén)鎖回路、終端開(kāi)關(guān)等判斷框架：四故障名稱(chēng): 主板通訊錯(cuò)誤確認(rèn)條件: 供電異常、通訊異常、信號(hào)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(xiàn)等2.3.2推理機(jī)推理機(jī)是專(zhuān)家系統(tǒng)的另一核心。推理機(jī)實(shí)質(zhì)上是一組電腦程序, 其主要功能是協(xié)調(diào)控制整個(gè)系統(tǒng), 決定如何選用知識(shí)庫(kù)中的有關(guān)知識(shí), 對(duì)電梯故障進(jìn)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(gè)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(shù)表示, 如圖4 所示。所有故障分為兩類(lèi): 一類(lèi)為可恢復(fù)性故障, 即經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理（如斷電復(fù)位）就可恢復(fù)電梯的正常運(yùn)行；另一類(lèi)為不可恢復(fù)性故障, 如開(kāi)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(dòng))推理與逆向(或目標(biāo)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(dòng)運(yùn)行為例進(jìn)行說(shuō)明

13、。首先由故障框架中的“確認(rèn)條件： 有開(kāi)梯、呼梯、定向信號(hào)、無(wú)運(yùn)行信號(hào)”確認(rèn)電梯故障為“電梯不能啟動(dòng)運(yùn)行”, 接著比較各個(gè)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(mén)到位信號(hào)。 若無(wú), 則得到故障原因“轎門(mén)或?qū)娱T(mén)未關(guān)閉, 或門(mén)鎖觸點(diǎn)接觸不良”及處理方法“關(guān)好層門(mén)、轎門(mén), 檢查門(mén)鎖開(kāi)關(guān)”； 若有, 則說(shuō)明不符合此判斷框架所列的故障確認(rèn)條件, 此時(shí)應(yīng)以下一個(gè)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(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)是專(zhuān)家

14、系統(tǒng)中用于存放反映系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的事實(shí)數(shù)據(jù)的“場(chǎng)所”。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)分為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)兩種，診斷數(shù)據(jù)主要來(lái)源于實(shí)時(shí)檢則數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在工作時(shí)定時(shí)檢測(cè)各采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù), 并存入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，每進(jìn)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(kù)中一直保存實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)源, 提供故障檢測(cè)用。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理, 對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行判決，靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)則用來(lái)存放一些參數(shù), 如報(bào)警上、下限值；某元器件故障次數(shù)；電梯運(yùn)行次數(shù)；電梯故障次數(shù)等。2.3.4故障查詢(xún)機(jī)構(gòu)故障查詢(xún)機(jī)構(gòu)為用戶(hù)提供了電梯的常見(jiàn)故障、故障原因及處理辦法, 方便用戶(hù)了解有關(guān)電梯的知識(shí)。2.3.5知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)管理知識(shí)庫(kù)

15、中的知識(shí), 包括知識(shí)的修改、刪除、更新, 并對(duì)知識(shí)的完整性和一致性進(jìn)行維護(hù)。系統(tǒng)中知識(shí)的獲取通過(guò)兩個(gè)途徑：直接輸入知識(shí)和利用自學(xué)習(xí)功能。根據(jù)每次檢測(cè)后的結(jié)果, 更新數(shù)據(jù), 如原因置信度等。2.3.6人機(jī)界面人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與系統(tǒng)的交互, 系統(tǒng)采用符合WIN 7標(biāo)準(zhǔn)的界面形式, 使用戶(hù)可以通過(guò)菜單選擇和屏幕提示, 方便地進(jìn)行電梯運(yùn)行監(jiān)測(cè), 電梯故障處理等操作, 專(zhuān)家也可通過(guò)人機(jī)界面補(bǔ)充給專(zhuān)家系統(tǒng)新的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)。總 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(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)物在故障排除的及時(shí)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(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)成

16、為了可能，通過(guò)電話(huà)線(xiàn)或?qū)Ｓ镁€(xiàn)路，對(duì)分布在各地的電梯進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)視和操作，通過(guò)專(zhuān)家診斷系統(tǒng)對(duì)電梯故障及時(shí)排除等。本系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和智能化故障診斷能力, 從電梯故障自動(dòng)檢測(cè)與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、工作原理、主要功能及實(shí)現(xiàn)方法來(lái)看, 系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)用中, 可起到輔助診斷的作用。并在繼續(xù)擴(kuò)充診斷知識(shí)庫(kù), 改進(jìn)推理策略, 提高推理的準(zhǔn)確性等方面，有待完善。 如今電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(dòng)檢測(cè)與處理系統(tǒng)也在不斷完善，開(kāi)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(lái)質(zhì)的飛躍。參考文獻(xiàn)1分布式遠(yuǎn)程電梯監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)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(guó)政.北京電子工業(yè)出版社4電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J. 王平立，王玲.中國(guó)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(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)原理M.羅爾斯頓.上海上海交通大學(xué)出版社7知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)原理與技術(shù)M.賈焰, 王志.長(zhǎng)沙國(guó)防科技大學(xué)出版社致 謝本篇論文的完成,要感謝母校*大