《電梯故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)》14000字

電梯故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-2"\h\u12356電梯故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 13977第1章研究背景 114304第2章論文的研究內(nèi)容和意義 229908①高速電梯運行特征大數(shù)據(jù)與急停故障的分層關(guān)聯(lián) 217084②基于大數(shù)據(jù)分析的高速電梯急停故障特征提取 25805③基于模糊ＢＰ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速電梯急停故障診斷 215885④高速電梯急停故障大數(shù)據(jù)分析與診斷系統(tǒng)的開發(fā)和實施 22499第3章電梯故障診斷系統(tǒng)設(shè)計 378933.1電梯故障診斷系統(tǒng)需求分析 3322393.2電梯故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計 5125103.3電梯故障診斷系統(tǒng)設(shè)計 5260583.4本章小結(jié) 925228第4章電梯故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用 10193704.1遠程終端的實現(xiàn) 1072484.2數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn) 15183774.3故障診斷中心的實現(xiàn) 19268294.4電梯故障診斷系統(tǒng)故障診斷實例 21267254.5本章小結(jié) 256881第5章總結(jié)與展望 2692375.1總結(jié) 26187355.2展望 2728594參考文獻 28第1章研究背景隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展，高層建筑在械市中大量涌現(xiàn)，作為現(xiàn)代高層建筑尤其是超高層建筑中必不可少的運輸工具，高速電梯的使用量不斷增多。高速電梯必須滿足功能性、安全性的品質(zhì)要求，現(xiàn)在功能性方面的技術(shù)日臻完善，但隨著電梯不斷向超高揚程、超高速度方向發(fā)展，安全性成為制約高速電梯發(fā)展的技術(shù)瓶頸。高速電梯的額定速度在2.0m/s上，在曳引機、限速器、安全錯、補償繩、緩沖器等內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通電梯有較大區(qū)別。相比于普通電梯，高速電梯對質(zhì)量的要求也更為苛刻，故障的類型和原因也更為復雜，不僅涉及到電梯的機械原因，更涉及到電氣、控制系統(tǒng)等方面的原因。歐美等國的電梯企業(yè)逐漸將先進的信息技術(shù)應(yīng)用于高速電梯的故障診斷，開發(fā)出故障診斷系統(tǒng)。在國內(nèi)，自上世紀八九千年代以來，對電梯的故障診斷技術(shù)也做了大量研究，取得了較多優(yōu)秀研究成果。但國內(nèi)的高速電梯研究、生產(chǎn)才剛起步，對電梯故障診斷技術(shù)的研究也主要集中于普通電梯。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能等行業(yè)的發(fā)展，如何應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)等方法，開展高速電梯故障診斷研究，提高高速電梯巧故障診斷效率，是高速電梯故障診斷待解決的問題。第2章論文的研究內(nèi)容和意義本文對高速告梯運行特征大數(shù)據(jù)分析與急停故障診斷技術(shù)進行了研究，包括高速電梯運行特征與急停故障的分層關(guān)聯(lián)，基于大數(shù)據(jù)分析的高速電梯急停故障特征提取及基于模糊BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速電梯急停故障診斷。研究內(nèi)容如下：高速電梯運行特征大數(shù)據(jù)與急停故障的分層關(guān)聯(lián)詳細分析了高速電梯急停的原因，建立了急停故障原因的層次結(jié)構(gòu)模型。分析和采集了窩速電梯運行特征大數(shù)據(jù)。建立了高速電梯運行特征參數(shù)與急停故障原因的關(guān)聯(lián)映射關(guān)系?；诖髷?shù)據(jù)分析的高速電梯急停故障特征提取針對高速電梯運行特征大數(shù)據(jù)有較多噪聲的問題，提出基于小波模極大值的高速電梯信號降噪方法，對特征大數(shù)據(jù)進行處理，提高了高速電梯運行教搪的信噪比。針對離速電梯運行特征大數(shù)據(jù)維數(shù)多、規(guī)模大等問題，提出了基于粗植集屬性約簡的高速電梯急停故障特征提取方法，篩選運行特征大數(shù)據(jù)中的冗余屬性，獲取與高速電梯急停故障相關(guān)的特征參數(shù)。基于模糊ＢＰ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速電梯急停故障診斷在研究高速電梯急停故障診斷的模糊ＢＰ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速電，梯急停故障診斷方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速電橫急停故障診斷過程的基礎(chǔ)上，建立了高速電梯急停故障診斷模型，實現(xiàn)了高速電梯運行特征大數(shù)據(jù)分析與急停故障診斷。高速電梯急停故障大數(shù)據(jù)分析與診斷系統(tǒng)的開發(fā)和實施根據(jù)本文研究的高速電梯運行特征與急停故障的分層關(guān)聯(lián)技術(shù)、基于大數(shù)據(jù)分析的高速電梯急停故障特征提取技術(shù)Ｗ及基于模糊ＢＰ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速電梯急停故障診斷技術(shù)，開發(fā)了高速電梯急停故障大數(shù)據(jù)分析與診斷系統(tǒng)。這套系統(tǒng)在江蘇某大型電梯企業(yè)的急停故障診斷中得到了應(yīng)用驗證。論文專注于解決高速電梯急停故障的原因分析、高速電梯運行特征數(shù)據(jù)存在較多冗余信息、運行特征大數(shù)據(jù)維數(shù)多難Ｗ計算和高速電精急停故障診斷等問題。應(yīng)用論文提出的方法和技術(shù)開發(fā)了高速電梯急停故障大數(shù)據(jù)分析與診斷系統(tǒng)，提高了高速電梯急停故障的診斷效率，具有良好的實際應(yīng)用價值。第3章電梯故障診斷系統(tǒng)設(shè)計電梯故障診斷系統(tǒng)設(shè)計，首先對電梯故障診斷系統(tǒng)進行需求分析，并對系統(tǒng)進行總體設(shè)計；然后重點闡述電梯故障診斷系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括轎廂數(shù)據(jù)采集器設(shè)計、機房終端設(shè)計、上位機系統(tǒng)設(shè)計、平層感應(yīng)傳感器的選型設(shè)計、開關(guān)門、基站、極限感應(yīng)器的選型、紅外人體感應(yīng)器選型以及電路設(shè)計；最終重點闡述電梯故障診斷系統(tǒng)的軟件設(shè)計，包括轎廂數(shù)據(jù)采集器和機房終端的軟件設(shè)計以及監(jiān)控中心上位機系統(tǒng)的軟件設(shè)計等。3.1電梯故障診斷系統(tǒng)需求分析3.1.1設(shè)計的業(yè)務(wù)需求分析為了診斷正在運轉(zhuǎn)的電梯的故障，首先要實現(xiàn)對電梯的遠程實時監(jiān)控，然將監(jiān)控信息傳輸給診斷系統(tǒng)，進而進行故障診斷，整個系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括三個部分，分別是故障診斷中心、基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分和遠距離終端，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸采用GPRS技術(shù)。其中，遠距離終端的構(gòu)成主要有兩個部分，也就是轎頂數(shù)據(jù)采集器和控制柜數(shù)據(jù)傳輸器。轎頂數(shù)據(jù)采集器在電梯頂部進行安裝，會隨著轎廂一起移動，可以通過外接傳感器的方式，實時采集電梯的運行數(shù)據(jù)和故障信息，便于及時發(fā)現(xiàn)問題，及時維修，減少事故發(fā)生的概率。選擇這種方式得以從中受益良多，第一是有效的解決了采集終端通用性這個難題，并且采集器自身發(fā)生問題不會給電梯工作產(chǎn)生任何干擾?？刂乒駭?shù)據(jù)傳輸總段被設(shè)計在電梯井道最上面的控制柜中，控制柜存在的意義是對搜集到的數(shù)據(jù)進行處理和傳輸。因為轎頂數(shù)據(jù)采集器以及控制柜數(shù)據(jù)傳模塊保持著一定的距離，因此本系統(tǒng)二者之間的通信采用短距離無線射頻通訊技術(shù)。第一可以不進行大量的布線工作，能夠降低安裝時間，節(jié)省費用；第二布線不會給電梯工作進行干擾?？刂乒駭?shù)據(jù)傳輸終端和監(jiān)控中心一般距離較遠，鑒于此兩者之間的聯(lián)系上，筆者選擇了無線GSM網(wǎng)絡(luò)的GPRS技術(shù)實現(xiàn)。通過如上分析可以得出，本系統(tǒng)設(shè)計目的為：研發(fā)設(shè)計一套電梯故障診斷統(tǒng)，通過遠程終端對電梯進行實時監(jiān)控，通過GPRS技術(shù)實現(xiàn)監(jiān)控信息的遠程傳輸，然后通過故障診斷中心完成電梯故障的診斷。本文設(shè)計的系統(tǒng)能夠?qū)㈦娞莨ぷ鬟^程中能夠的一切信息以及產(chǎn)生的問題等向故障診斷中心發(fā)出，第一時間中促使故障診斷中心針對電梯故障進行診斷，提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。3.1.2系統(tǒng)設(shè)計的功能需求分析通過故障診斷，故障診斷中心可以對電梯運行狀況進行及時了解，一方面可以及時發(fā)現(xiàn)故障，及時處理，減少人員傷亡，減少財產(chǎn)損失，另一方面還能夠助公司搜集和累計商品的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，不斷優(yōu)化電梯的性能，提高其安全性和可靠性。此外，還可以幫助質(zhì)檢部門了解電梯故障的現(xiàn)實狀況。這一系統(tǒng)主要是為了遠距離的監(jiān)管控制電梯的運轉(zhuǎn)狀態(tài)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、傳輸和存儲功能和電梯故障診斷等功能。（1）電梯遠程監(jiān)控功能電梯的遠距離監(jiān)督管控主要是借助轎頂數(shù)據(jù)采集器對電梯運轉(zhuǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行搜集，同時還要把搜集的相關(guān)數(shù)據(jù)借助短距離的無線射頻通訊科技傳輸給管控數(shù)據(jù)傳輸器，控制柜數(shù)據(jù)傳輸器整合數(shù)據(jù)，借助無線GSM網(wǎng)絡(luò)的GPRS方式吧相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)督管控中心，借助軟件轉(zhuǎn)變成可視化的監(jiān)督管控頁面，還能夠搜尋監(jiān)督管控對象以往的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可以實現(xiàn)對入網(wǎng)的電梯進行24小時不間斷的監(jiān)控，如果電梯不能夠正常運行，系統(tǒng)會將這種狀況自動將發(fā)生故障的地方向監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸，同時發(fā)出警報信號；接著系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)會將這種信號發(fā)送給遠程監(jiān)控工作人員，促使工作人員迅速對故障電梯進行控制管理，避免造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。（2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計、傳輸和存儲功能：遠程終端實時的監(jiān)督管控入網(wǎng)的電梯，會生成龐大的數(shù)據(jù)，借助GPRS科技輸送至診斷故障中心的服務(wù)器，儲存以后構(gòu)建了龐大的數(shù)據(jù)庫。（3）電梯故障診斷功能：電梯故障診斷系統(tǒng)除了對入網(wǎng)電梯實時監(jiān)控，搜集了電梯平常運轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)，就像是電梯門開關(guān)狀態(tài)、運行的方向和速度以及需要到達的樓層，同時還要搜集電梯通常出現(xiàn)的故障，就像是關(guān)人、電梯沖頂和超速等等，最關(guān)鍵的是系統(tǒng)可儲存并挖掘、統(tǒng)計剖析相關(guān)的數(shù)據(jù)，還現(xiàn)如今管控電梯的數(shù)據(jù)庫緊密的關(guān)聯(lián)在一起，利用這一系統(tǒng)，印制全部被監(jiān)督管控的電梯數(shù)據(jù)，整合相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以借助BP診斷技術(shù)，統(tǒng)計剖析每一個電梯的故障率，從而實現(xiàn)電梯的故障診斷。3.2電梯故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)合這一課題的探索目的，電梯故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括三個部分，分別是故障診斷中心、基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分和遠距離的終端。系統(tǒng)構(gòu)建的方式是故障診斷中心，利用DSL和互聯(lián)網(wǎng)緊密關(guān)聯(lián)，利用GPRS通訊模塊，借助TCP/IP3.3電梯故障診斷系統(tǒng)設(shè)計由于電梯故障診斷系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)上并不復雜，同時費用低，針對電梯這種設(shè)備進行分析，電梯型號多，同時操作模式也存在差異，安裝上涉及到的因素很多，因此在該系統(tǒng)設(shè)計的硬件方面，需要重點分析硬件的通用性和構(gòu)建時間等這些問題。第一是系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)要簡單化。不管是何種類型的系統(tǒng)，在功能實現(xiàn)的過程中，其設(shè)計均需要遵循結(jié)構(gòu)簡單的原則，這是設(shè)計者在對系統(tǒng)進行設(shè)計之前首先應(yīng)該考慮的問題。所以，在該系統(tǒng)研制上，選擇的重點設(shè)備是單片機，同時結(jié)合了一些系統(tǒng)設(shè)計上必需的電路和芯片。第二是硬件要通用化。在系統(tǒng)中每個部分的設(shè)計上，均選擇單片機作為重點設(shè)備，這樣的決定可以促使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計趨向于一致。系統(tǒng)通過外界傳感器的做法，實現(xiàn)對電梯運行數(shù)據(jù)展開搜集，這樣就比較容易的解決了以往的故障診斷系統(tǒng)只適用于相應(yīng)品牌電梯遠程監(jiān)控的適用性問題，系統(tǒng)的通用性得到了保障，同時系統(tǒng)在市場中能夠被更好的接受，還有可以減少系統(tǒng)自身出現(xiàn)的故障，避免其對電梯的運行造成阻礙作用（3）硬件要盡力的削減成本第三是管控硬件成本。在設(shè)計系統(tǒng)元器件方面，不僅要遵循如上兩個原則，還需要分析系統(tǒng)的費用。市場中銷售的單片機類型非常多，每個單片機的價格也各不相同。3.3.1系統(tǒng)遠程終端遠程終端的構(gòu)成主要包括兩點，一個是轎頂數(shù)據(jù)采集器，還有就是控制柜數(shù)據(jù)傳輸器，數(shù)據(jù)庫采集系統(tǒng)會收集電梯運轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)信息，收集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和通信管控是緊密關(guān)聯(lián)的，把搜集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴霞墶?.3.2系統(tǒng)通信控制器在電梯故障診斷系統(tǒng)當中，通信控制器是小規(guī)模的單片機管控系統(tǒng)，核心是借助MSC-51系列的單片機，和電梯的遠程終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)緊密關(guān)聯(lián)起來發(fā)揮作用，為了促使不同型號的電梯遠距離終端的連接口的對接，作者借助RS232串口、RS485和CAN串口不斷提高系統(tǒng)的通用能力。利用不同的借口和小區(qū)里的電梯構(gòu)建一個分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)里，遠距離終端的主要構(gòu)成包括GPRS網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心。除此之外，每個通信控制器中的ID號是唯一的，便于傳輸數(shù)據(jù)至監(jiān)督管控中心。圖3.2是電梯故障診斷系統(tǒng)中通信控制器硬件結(jié)構(gòu)圖。筆者選擇的GPRSModem來自深圳倚天公司研發(fā)的ETPRO-211Ai產(chǎn)品，該產(chǎn)品中選擇的接口為SiemensTC35i無線通訊模塊和RS232，可以在后期進行再次開發(fā)。3.3.3數(shù)據(jù)庫服務(wù)器ORACLE8i數(shù)據(jù)庫軟件北安置在電梯故障診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上。在這一軟件當中，主要的功效就是對資料的存儲，主要涉及客戶的資料以及電梯故障和運轉(zhuǎn)的資料，搜集電梯門的開啟和關(guān)閉的狀態(tài)，電梯運轉(zhuǎn)的方向和速度以及到達的樓層，和常常出現(xiàn)的故障，主要的故障包括電梯的沖頂，超出標準速度，關(guān)人等等3.3.4遠程監(jiān)控通信服務(wù)器借助電梯故障診斷系統(tǒng)當中的遠程監(jiān)控通信服務(wù)器，將電梯和監(jiān)督管控工作站緊密的關(guān)聯(lián)起來，服務(wù)器對兩者都會提供通信工具，輸送相關(guān)的信息數(shù)據(jù)。遠距離監(jiān)管控制通信服務(wù)器惡不同的檢測工作者都簽署了約定，遠程監(jiān)控通信服務(wù)器被用于SocketServer，檢測的工作站主要是被用于SocketClient。3.3.5Internet服務(wù)器電梯故障診斷系統(tǒng)監(jiān)控中心連接了網(wǎng)絡(luò)，nternet服務(wù)器給予了DNS服務(wù)以及WebServer服務(wù)。Internet服務(wù)器可以對遠距離的工作者以及現(xiàn)場的調(diào)整檢測工作的有關(guān)信息加以訪問，通常在訪問的時候是利用網(wǎng)頁形式。系統(tǒng)借助WindowsNT集成IISCInternetInformationServer)，屬于Web服務(wù)器。3.3.6故障診斷中心電梯故障診斷中心工作站可以使用全部的監(jiān)督管控功能，訪問其他的監(jiān)督管控中心，監(jiān)督管控的對象是全部的連接點，借助對數(shù)據(jù)的儲存以及開發(fā)和統(tǒng)計、剖析等，將現(xiàn)如今的電梯管理的檔案數(shù)據(jù)緊密的關(guān)聯(lián)在一起，借助這一系統(tǒng)，印制全部被監(jiān)管控制的電梯數(shù)據(jù)，利用BP診斷技術(shù)整合數(shù)據(jù)，對各個電梯的故障率進行統(tǒng)計和剖析，從而實現(xiàn)電梯的故障診斷。（1）主處理器選型設(shè)計結(jié)合系統(tǒng)功能需求及硬件設(shè)計以上闡述的邀請，這些在對處理器設(shè)計的過程中利用了PIC18F4580單片機，在其中包含的功能主要有比較輸出、、SPI總線接口、異步串行通信(USART)接口電路、捕捉輸入、I2C總線和A/D轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部EEPROM存儲器、、CAN總線接口電路、可讀寫FLASH程序存儲器、PWM輸出等強大的功能，有助于便捷的在線編程和調(diào)整，所以和設(shè)計的標準是相互吻合的。（2）外擴EEPROM電路設(shè)計主要是用來故障診斷的電梯參數(shù)、故障表現(xiàn)和緣由等數(shù)據(jù)庫信息在儲存的時候主要是利用外擴的EPROM。這一次的設(shè)計借助的是Xicor企業(yè)生產(chǎn)的8KX8位串行EEPROM。（3）液晶顯示電路液晶顯示電路主要的功能就是彰顯故障信息，外部在輸入電路的時候會有一定的按鍵，單片機額借助相關(guān)的按鍵來管控液晶，搜尋查找相關(guān)的故障信息。這一系統(tǒng)采用的是液晶控制模塊CA12864F，128*64就是他的點陣數(shù)。（4）通信接口電路因為PIC18F4580單片機的內(nèi)部包括CAN控制器，所以挑選利用PCA82C250當成是CAN驅(qū)動器，能夠?qū)崿F(xiàn)單片機和電梯管控系統(tǒng)的CAN總線之間的連接和交互。為了提升系統(tǒng)對抗干擾的能力，在兩者中間借助了隔離電路，這一電路的主要構(gòu)成是高速光禍TLP113。（5）電源模塊系統(tǒng)的電源模塊運轉(zhuǎn)的電壓是+5V，但是電梯管控系統(tǒng)里能夠供應(yīng)的電源電壓是++24V，要設(shè)計一個轉(zhuǎn)化電壓的電路，把+24V轉(zhuǎn)變成+5V。還要思考系統(tǒng)電路對抗干擾的能力，將供電的電路和CAN驅(qū)動電路分割，這一次的設(shè)計挑選的是LM2576-5和DCDC0505，用于轉(zhuǎn)換電壓3.4本章小結(jié)這一章節(jié)描述的是電梯故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計流程。首先對電梯故障診斷系統(tǒng)進行了需求分析，包括系統(tǒng)設(shè)計的業(yè)務(wù)需求分析，電梯進行故障診斷首先要實現(xiàn)對電梯的遠程實時監(jiān)控，然后將監(jiān)控信息傳輸給診斷系統(tǒng)，進而進行故障診斷；系統(tǒng)設(shè)計的功能需求分析，本系統(tǒng)要實現(xiàn)對電梯運行狀態(tài)的實時遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、傳輸和存儲功能和電梯故障診斷等功能；然后對電梯故障診斷系統(tǒng)進行總體設(shè)計及各功能模塊設(shè)計，主要涉及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信控制器、遠程監(jiān)控通信服務(wù)器、Internet服務(wù)器、系統(tǒng)遠程終端以及故障診斷中心等設(shè)計流程。

第4章電梯故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用本章主要闡述電梯故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)以及具體應(yīng)用實例。首先闡述了電梯故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，包括系統(tǒng)遠程終端的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)傳輸功能的實現(xiàn)及故障故障診斷中心的實現(xiàn)過程，然后重點闡述了電梯故障診斷系統(tǒng)故障診斷的具體應(yīng)用過程。4.1遠程終端的實現(xiàn)4.1.1轎頂數(shù)據(jù)采集器硬件1、單片機電路及傳感器電梯故障診斷系統(tǒng)的主控芯片選擇的兩片150單片機，此外，系統(tǒng)還選用了一片轎頂數(shù)據(jù)采集器和一片控制柜數(shù)據(jù)采集器。F150處理能力非常強，同時系統(tǒng)比較平穩(wěn)，片內(nèi)外設(shè)健全。MSP430系列的單片機有16位RISC結(jié)構(gòu)，MSP430系列的CUP中有16個寄存器和常數(shù)發(fā)生器，能夠提高代碼效率。數(shù)字控制振蕩器能夠促使在低功耗狀態(tài)下的系統(tǒng)設(shè)備可以在短期內(nèi)被有效喚起，從而進入正常工作模式。單片機的復位電路采用簡單的RC電路復位，電路如圖4.1所示。在該系統(tǒng)方案的設(shè)計上，系統(tǒng)可以對電梯運行速度、是否存在沖頂現(xiàn)象、門狀態(tài)、運行方向和蹲底等各方面情況加以檢測。電光開關(guān)是決定蹲底、沖頂、樓層和門狀態(tài)以及運行方向的一個因素。在光電開關(guān)經(jīng)過每個樓層的隔直板的過程中，狀態(tài)會變動，在這個時候可以檢測電光開關(guān)狀態(tài)進一步掌握電梯運行情況。文章系統(tǒng)設(shè)計上選擇的光電開關(guān)為日本歐姆龍公司的型號為E3Z-G82，從而實現(xiàn)對電梯各方面信息的檢測。E3Z-G82光電開關(guān)的主要參數(shù)如表4.1所示。2、射頻電路的實現(xiàn)由于轎頂數(shù)據(jù)采集器和控制柜數(shù)據(jù)傳輸模塊的距離一般不會太遠，因此本系統(tǒng)二者之間的通信采用短距離無線射頻通訊技術(shù)。在該系統(tǒng)設(shè)計中，能夠避免布線產(chǎn)生的不利影響，降低設(shè)計時間，控制安裝費用。鑒于此，電梯故障診斷系統(tǒng)采用STR-30射頻電路設(shè)計方案。STR-30具有很多優(yōu)點：如微功率發(fā)射、無需申請頻點、第三，高抗干擾能力和低誤碼率；第四，傳輸距離遠；第五，多信道；第六雙串口，3種接口方式；第七，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)非常大4.1.2轎頂數(shù)據(jù)采集器軟件電梯故障診斷系統(tǒng)的終端機軟件設(shè)計過程中，軟件主要是用來對傳感器當中的信號進行搜集和分析，同時還要傳輸相關(guān)的信息。設(shè)計過程中，本系統(tǒng)的終端軟件主要采用C語言編程來實現(xiàn)其功能，電梯故障診斷系統(tǒng)監(jiān)控中心的服務(wù)器軟件采用Java語言進行程序的開發(fā)設(shè)計。由于本系統(tǒng)軟件設(shè)計要與硬件電路有機結(jié)合，為了能夠?qū)Τ绦蜻M行有效管理，軟件在設(shè)計上，選擇了模塊化的程序設(shè)計模式。模塊程序中的功能，只能夠通過子程序進行，這樣就會保證程序在結(jié)構(gòu)上清晰明了，同時還能夠降低程序維護費用。系統(tǒng)會將電梯運行狀況和產(chǎn)生的問題進行數(shù)據(jù)上的搜集，然后借助于子程序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)發(fā)送到控制柜數(shù)據(jù)傳輸器中，系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)的流程如圖4.4所示。1、電梯運行方向的判斷從硬件設(shè)計部分可知，電梯運行方向的判斷是通過兩個平層槽型光電開關(guān)的狀態(tài)來進行的。電梯的上行和下行的端口的時序如圖4.5所示。為了準確的判斷電梯的運行方向，軟件系統(tǒng)必須建立電梯運行方向的判斷規(guī)則，軟件系統(tǒng)實現(xiàn)的流程如圖4.6所示。2、電梯運行速度的計算在對電梯運行速度進行檢測的過程中，主要檢測的是電梯運行上的速度是否超過了既定范圍，如果運行速度過快，勢必會對設(shè)備產(chǎn)生的安全性產(chǎn)生影響，也會增加人員的不適和恐懼，降低電梯的安全水平。因此電梯故障診斷系統(tǒng)必須對電梯的運行速度進行實時監(jiān)控。電梯運行素的計算方法就是隔直板的距離和電梯通過的時間的商。隔直板的距離是20厘米，通常是利用獲取平層開關(guān)的狀態(tài)開檢測完成的時間。在核算的過程中，需要等到電梯停止運行的時候才進行。如果電梯在平層開關(guān)一秒鐘之內(nèi)的高電平處于穩(wěn)定狀態(tài)，則在這個時候電梯的是靜止不動的。3、電梯到達樓層的計算對電梯到達樓層進行監(jiān)控也是故障診斷系統(tǒng)的基本功能，樓層核算上也是借助于平層光電開關(guān)檢驗展開的。在這一流程當中，如果樓層光電開關(guān)出現(xiàn)脈沖，樓層的計數(shù)器就會主動的增加或者是減去1，如此則可以方便的監(jiān)控電梯所到的樓層。此外，為了對系統(tǒng)判定的準確性進行校正，我們還設(shè)置了一個校正光電開關(guān)。電梯到達樓層計算程序的流程如圖4.7所示。4、電梯運行常見故障判定（1）電梯沖頂、蹲底電梯沖頂、蹲底故障是相對比較危險的故障，對于這些故障的檢測，本文采用的方法是通過兩個光電開關(guān)進行檢驗，如果光電開關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化，則說明被監(jiān)控的電梯發(fā)了沖頂或者蹲底故障。如果發(fā)現(xiàn)端口狀況發(fā)生了變動，則可以推斷電梯發(fā)生了故障。（2）非平層停梯電梯非平層停梯也是較為常見的故障之一，本文采用的檢測方法為：當兩個平層開關(guān)不同時，可以判斷電梯發(fā)生了非平層停梯故障。（3）電梯關(guān)人電梯故障中，電梯關(guān)人故障是最為常見的。這篇文章是利用人體紅外感應(yīng)器來感知電梯中的人物，假如電梯已經(jīng)終止運轉(zhuǎn)，在三秒里，如果電梯門還沒有開啟，則可以推斷電梯的人被關(guān)在了里面出不來。4.2數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)4.2.1數(shù)據(jù)傳輸終端硬件1、GPRS模塊的設(shè)計目前，PRS模塊指的是GPRS功能的GSM模塊，借助于GPRS網(wǎng)絡(luò)進行電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸。當下市場中比較常見的為G18，G20系列。這些模型具有很多相似的地方，比如功能或者結(jié)構(gòu)等。這些模塊一般都提供電源接口、SIM卡接口、RS232數(shù)據(jù)接口，結(jié)構(gòu)都比較簡單、使用方便。但是模塊的功能卻很強大，很多條件下，這些模塊的工作方式主要有兩類，分別是GSMPhase2/2+模式以及GPRS分組交換模式綜合分析上述模塊的特點以及本系統(tǒng)的功能需求，本文設(shè)計中選擇SIMCOM公司生產(chǎn)的支持GSM和GPRS雙模式的SIM300作為無線遠程數(shù)據(jù)通信模塊。SIM300通信串口和數(shù)據(jù)采集終端的通信連接如圖4.8所示。2、SIM卡的接口設(shè)計SubscriberIdentityModel,簡稱SIM，該卡的主要作用在于保存數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的安全性，實現(xiàn)客戶身份其簽權(quán)以及客戶信息加密處理。GPRS通信模塊選擇了SIM300收發(fā)信息，傳遞電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，需要進行短信息服務(wù)業(yè)務(wù)的開通，同時獲取GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)的SIM卡，將這個卡插入SIM300的SIM卡槽內(nèi)。SIM卡通過其上的銅芯的6個觸點連接拉內(nèi)邏輯電路與移動終端，如圖9所示。3、GPRS電源設(shè)計在這一系統(tǒng)設(shè)計的流程當中，模塊提供的電壓BAT的取值應(yīng)該是4.2V。圖片4.10是對木塊電源電路的表述。其中MIC29302表征的是Micrel公司制造的轉(zhuǎn)換電壓的芯片，屬于3.0A系列中的輸出電壓，能夠調(diào)節(jié)的耗損相對較少的穩(wěn)壓器，可以滿足峰值電流需求。4、串口擴展在對管控柜數(shù)據(jù)輸送模塊進行設(shè)計的過程中，從GPRS的角度來說，單片機和串口都需要設(shè)計，根據(jù)STR-30需求的角度來說，需要對串口展開設(shè)計，從而滿足通信需求。在本系統(tǒng)的設(shè)計上，筆者留了一個預留串口，可以在以后需要的時候?qū)ο到y(tǒng)進行擴展。當下經(jīng)常采用的串口擴展方式為兩個，第一個是通過硬件來實現(xiàn)，第二種是借助于串口擴展方案來實現(xiàn)，也就是通過軟件的方式實現(xiàn)。第二種方法中，所需要的費用不是很多，但是不足之處在于，并不能夠?qū)Υ谥笜颂峁┍Ｕ希瑫r可靠性上比較低。筆者經(jīng)過分析后，試圖選擇成都國騰微電子有限公司制造宣傳的新穎的串口擴展芯片，也就是GM812x系列產(chǎn)品，用于開拓。GM8123是GM812x系列中當中的一類，能夠?qū)藴驶拇谵D(zhuǎn)變成3個，芯片能夠利用軟件對工作的波特率和數(shù)據(jù)的幀長加以設(shè)置。通道模式相對較多，導致每個系統(tǒng)的終端搜集傳輸?shù)囊?guī)定都可以盡快的回應(yīng)，就算一切終端發(fā)送數(shù)據(jù)請求，數(shù)據(jù)在傳輸和管理上也會維持秩序化，監(jiān)控中心與外設(shè)通訊的實時性均得到保障。下圖4.11是GM8123與單片機電路。5、GPRS和單片機的連接GPRS和單片機是借助串口展開通訊的，連接的圖式就像是圖片4.12所展示：在監(jiān)督管控SIM300模塊的適合，PWRKEY信號起到的功效是至關(guān)重要的，只有通過兩種方法才能夠?qū)IM300模塊喚醒。第一種是利用PWRKEY喚醒引腳低電平，第二種是在SIM300的背景下利用AT中斷RTC來喚醒模塊。本文選擇用第一種方式喚醒SIM300模塊，PWRKEY引腳低電平至少保持1500ms。4.2.2數(shù)據(jù)傳輸終端軟件控制柜數(shù)據(jù)傳輸總段通常根據(jù)電梯井道頂部的管控柜展開設(shè)計，主要的功效是整合和遠距離的輸送搜集的信息數(shù)據(jù)?？刂乒駛鬏斊鞯墓πР粌H僅是接收源于轎廂頂部搜集的有關(guān)電梯運轉(zhuǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，另一方面通過GPRS將所得數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)控中心的服務(wù)器。在硬件設(shè)備安裝穩(wěn)妥、軟件系統(tǒng)安裝完成后，先對系統(tǒng)進行初始化操作，無論是STR-30，還是GPRS模塊當中的SIM300都需要將其返回最開始的狀態(tài)。之后根據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)射頻模塊提供電梯運轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)，借助于SIM300打包傳遞到監(jiān)控中心的服務(wù)器來對這些數(shù)據(jù)進行分析和保存?？刂乒駭?shù)據(jù)傳輸終端的主程序流程如圖4.13所示。1、射頻收發(fā)程序設(shè)計與實現(xiàn)在本系統(tǒng)設(shè)計上，選取使用STR-30型微功率無線數(shù)傳模塊，可以自主的實現(xiàn)空中收/發(fā)的變化，網(wǎng)絡(luò)連接等各種工作。接口進行數(shù)據(jù)收錄和發(fā)出，便能夠完成操作。但是STR-30和單片機的通信在串口的輔助下才能夠進行。鑒于這一射頻模塊的數(shù)據(jù)接收和傳輸?shù)某绦?，對單片機的串口編輯程序就能夠?qū)崿F(xiàn)。轎頂數(shù)據(jù)對串口上輸送的模式進行搜集，選用的是主動輸送的手段，和其相互對應(yīng)的是，管控柜數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備串口接收使用的是中斷方式。2、GPRS程序設(shè)計借助于AT指令，我們能夠?qū)IM300模塊加以監(jiān)控。AT命令在最開始的時候，主要是用作調(diào)制解器通信的，在無線技術(shù)得到更新的時候，AT命令的用途也發(fā)生了變動，該命令在GSM/GPRS模塊得以普遍應(yīng)用。借助于AT命令，可以對各種模塊進行控制，從而保證操作的順利完成。各種廠商給出具的GSM/GPRS模塊所支持的AT命令集并非完全相同，在本文章中只對SIM300模塊所認可的AT令展開剖析。所有的AT命令都需要從ASCII字符"AT'’開始并且自<Enter>結(jié)束。在本文的體系中，采取的AT命令主要是與短消息和GPRS數(shù)據(jù)傳輸有關(guān)，接下來文章對AT指令的實現(xiàn)方式加以分析，具體的流程如圖4.14所示：4.3故障診斷中心的實現(xiàn)電梯故障診斷系統(tǒng)最為核心的部分是故障診斷中心，因此本文采用B/S構(gòu)架對其系統(tǒng)故障診斷中心進行設(shè)計和實現(xiàn)，用戶借助于PC與因特網(wǎng)絡(luò)連接在一起，使用瀏覽器就能夠?qū)W(wǎng)頁進行操作，從而對電梯展開監(jiān)控。B/S構(gòu)架最明顯的優(yōu)勢在于，不同工作人員在各種場所和各種接入方式中能夠?qū)﹄娞菡归_數(shù)據(jù)上的獲取和分析，以及運行和維護等。此外，采用B/S構(gòu)架，方便后期對整個軟件系統(tǒng)的優(yōu)化改良。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)利用的是Microsoft當中的SQLServer2000，其主要特點如下：第一，能夠?qū)崿F(xiàn)對WindowsNT的優(yōu)勢的全方面利用，設(shè)計性能得到提高；第二，系統(tǒng)管理上科學化，Windows圖形化管理工具均被采用，本地與遠程系統(tǒng)管理和配置均可以展開；第三，借助于一切可行的途徑來促使數(shù)據(jù)的完整性不被破壞，事務(wù)處理技能得以提升；第四，多處理結(jié)構(gòu)以及存儲過程均被支持，有著相對獨立的SQL語言。4.3.2故障診斷中心的實現(xiàn)界面本文采用B/S構(gòu)架對其系統(tǒng)管理平臺進行設(shè)計和實現(xiàn)、采用JSP代碼編寫系統(tǒng)監(jiān)控中心的網(wǎng)頁、以及Microsoft的SQLServer2000對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進行設(shè)計。最終電梯故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)的界面如圖4.15所示，電梯實時故障監(jiān)控界面如圖4.16～圖4.19所示圖4.15電梯故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)的界面圖4.16電梯故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)的界面圖4.17電梯故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)的界面圖4.18電梯故障診斷系統(tǒng)管理界面圖4.19被監(jiān)控電梯基本信息4.4電梯故障診斷系統(tǒng)故障診斷實例4.4.1故障診斷的具體流程為了驗證本文所述電梯故障診斷系統(tǒng)的性能，本文以某電梯為例，對其進行具體故障診斷分析。首先將激勵的信號傳給等待檢測的電路，在電路的傳輸上搜集最開始的故障信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)預處理提取故障特征向量，然后將故障特征向量輸入BP，對BP網(wǎng)絡(luò)進行訓練。計算的實際輸出和目標輸出的誤差值，如果誤差值小于設(shè)定的標準誤差值，則訓練結(jié)束。如果訓練誤差值比設(shè)定誤差值大，看其是否達到訓練次數(shù)，若達到最大訓練次數(shù)，則訓練結(jié)束，故障診斷失敗，最后將訓練好的網(wǎng)絡(luò)輸入測試樣本進行故障模式識別。BP的具體的診斷流程圖如圖4.20所示。4.4.2仿真電路為驗證本文的基于BP的故障特征獲取的手段的合理性和可操作性，本文選擇利用了十分典型的sally-key帶通濾波器對等待檢測的電路展開仿真的實驗。電路圖就像是4.21中所展示的。并通過將Treelet變換特征提取方法與小波變換、層次聚類分析方法進行比較，分析Treelet變換在電梯電路故障診斷中的優(yōu)勢。4.4.3故障模式設(shè)置電路圖當中的每一個元件的數(shù)值就像是圖4.21中展示的，R1=lk,R2=3k,R3=2k,R4=RS=4k,C1=C2=5nF，電阻的容差是5%，電容的容差數(shù)值是10%。這篇文化在那個主要思考了電路但故障模式下的軟故障模型，模仿剖析電路的靈敏程度我們能夠知道，在R2,R3,C1,C2發(fā)生改變的時候，會嚴重影響電路的輸出信號。所以，這篇文化在那個探索的是相關(guān)元件的故障，也就是說這些元件的數(shù)值和正常數(shù)值相比高出或者低出50%,也就是說出現(xiàn)了故障。寸表征的是和元件相比數(shù)值高出50%,工表征的是和標準相比低出50%。獲取電路不同故障情形下的傳輸。相應(yīng)的電路故障模式主要包括正常模式FO(0000)以及8種故障模式，表4.3當中，提出了Sally-key帶通濾波電路全部的故障模式。4.4.4特征向量提取當某一元件發(fā)生故障，其余元件都在容差允許的范圍內(nèi)正常工作時，對電加以仿真。對電路的單個故障展開50次的蒙特卡洛剖析，生成的樣本數(shù)量共計450個，訓練樣本的數(shù)量是270個，測試樣本的數(shù)量是180。在對電路進行仿真時，給被測電路的輸入端輸入一個1V的交流激勵信號，對電路輸出端的各個狀態(tài)的電壓響應(yīng)信號進行蒙特卡洛分析，同時在輸出端Vout處進行電壓采樣。圖4.22和4.23分別是電路正常狀態(tài)和故障狀態(tài)C1上升時的蒙特卡洛分析圖。通過圖4.22和4.23可以看出，當電路發(fā)生故障時，電路輸出端的電壓值明顯發(fā)生了改變，對采集到的電壓輸出信號進行預處理提取其故障特征向量。下面是幾種不同故障特征向量提取方法。1）小波分析提取對待測電路輸入激勵后得到的輸出電壓信號進行采樣，將采樣得到的數(shù)據(jù)樣本集輸入MATLAB中進行3層dbl小波分析，按第二章提到的小波分析的步驟進行小波分析，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果如表4.4所示。4.5本章小結(jié)本章詳細的闡述了電梯故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，并以某電梯為例，利用該系統(tǒng)對其進行了故障診斷分析。首先系統(tǒng)的闡述了電梯故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，遠程終端的實現(xiàn)包括轎頂數(shù)據(jù)采集器的硬件和軟件實現(xiàn)過程；數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)包括故數(shù)據(jù)傳輸終端硬件和軟件的實現(xiàn)過程；故障診斷中心的實現(xiàn)包括關(guān)注診斷中心的軟件和實現(xiàn)界面；然后重點以某電梯為例，對其故障進行診斷，包括故障診斷的具體流程、仿真電路、故障模式設(shè)置、特征向量提取、以及故障診斷結(jié)果分析。診斷結(jié)果表明，故障診斷正確率在93.33%～100%之間，一方面表明本統(tǒng)對電梯故障的診斷具有較高準確性和可靠性。

第5章總結(jié)與展望5.1總結(jié)本文在總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，應(yīng)用電梯故障診斷理論和方法，結(jié)合作者所從事的電梯等特種設(shè)備檢測工程實踐，對電梯故障診斷系統(tǒng)展開設(shè)計，主要涉及硬件和軟件的設(shè)計，同時還要調(diào)整試用并使用診斷電梯故障的系統(tǒng)。所做的主要工作和結(jié)論總結(jié)如下：（1）對電梯故障及其診斷方法相關(guān)理論進行了簡要的回顧，首先對電梯的基本結(jié)構(gòu)進行了簡要介紹，電梯主要有機械部分和電氣部分組成，其中機械結(jié)構(gòu)包括曳引系統(tǒng)、轎廂系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)以及門系統(tǒng)；電氣部分包括電力拖動系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)。然后重點總結(jié)分析了電梯常見故障及其特點，包括機械系統(tǒng)故障和電氣系統(tǒng)故障，電梯故障的特點主要表現(xiàn)為復雜性、層次性、關(guān)聯(lián)性和不確定性。最后系統(tǒng)的闡述了目前電梯故障診斷方法，故障診斷方法的種類主要有三個，即：基于解析模型的方法、基于信號處理的方法以及基于知識的方法，參數(shù)估計方法、狀態(tài)估計方法以及等價空間法屬于基于解析模型故障診斷方法；K-L信息量方法和小波變換方法是基于信號處理故障診斷方法出現(xiàn)的；基于知識故障診斷方法詳細的來說主要有：1）模糊故障診斷方法2）故障診斷方法3）專家系統(tǒng)故障診斷方法4）支持向量機的故障診斷方法。（2）系統(tǒng)的闡述了電梯故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計過程。首先對電梯故障診斷系統(tǒng)進行了需求分析，包括系統(tǒng)設(shè)計的業(yè)務(wù)需求分析，電梯進行故障診斷首先要實現(xiàn)對電梯的遠程實時監(jiān)控，然后將監(jiān)控信息傳輸給診斷系統(tǒng)，進而進行故障診斷；系統(tǒng)設(shè)計的功能需求分析，本系統(tǒng)要實現(xiàn)對電梯運行狀態(tài)的實時遠程監(jiān)控、統(tǒng)計、傳輸和存儲功能和電梯故障診斷等功能；然后對電梯故障診斷系統(tǒng)進行總體設(shè)計及各功能模塊設(shè)計，包括系統(tǒng)遠程終端、通信控制器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、遠程監(jiān)控通信服務(wù)器、Internet服務(wù)器以及故障診斷中心等設(shè)計過程。（3）詳細的闡述了電梯故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，并以某電梯為例，利用該系統(tǒng)對其進行了故障診斷分析。首先系統(tǒng)的闡述了電梯故障診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，遠程終端的實現(xiàn)包括轎頂數(shù)據(jù)采集器的硬件和軟件實現(xiàn)過程；數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)包括故數(shù)據(jù)傳輸終端硬件和軟件的實現(xiàn)過程；故障診斷中心的實現(xiàn)包括關(guān)注斷中心的軟件和實現(xiàn)界面；然后重點以某電梯為例，應(yīng)用BP，對其故障進行診斷，包括故障診斷的具體流程、仿真電路、故障模式設(shè)置、特征向量提取、BP的結(jié)構(gòu)的確定以及故障診斷結(jié)果分析。結(jié)果表明，本文設(shè)計的電梯故障診斷系統(tǒng)，故障診斷正確率在93.33%～100%之間，解決了目前作者單位電梯故障檢測效率低下、信息化程度不高等問題。5.2展望在研究生的學習階段，盡管我喜歡探求知識，努力學習，但是因為我自己在理論以及實踐方面的水平是有限的，文章中的部分主張因為自身的認知是有一定的缺陷和不足的，文章的結(jié)構(gòu)體系也并不健全，邏輯上的驗證不是特別細致嚴謹。如本文設(shè)計的電梯故障診斷系統(tǒng)，經(jīng)過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，故障診斷正確率在93.33%～100%之間，一方面表明本系統(tǒng)對電梯故障的診斷具有較高準確性和可靠性，同時，通過實際應(yīng)用飯，電梯故障診斷正確達到100%的情況相對較少，因此，還需要對系統(tǒng)進行進一步的優(yōu)化，提高其故障診斷的正確率。

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