李文滔 何晨曦

摘要：相關(guān)數(shù)據(jù)表明，80%以上的電梯故障和70%以上的電梯事故都與電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)有關(guān)，因此有必要提升電梯維保質(zhì)量。為此，提出了一種較為完善的電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)策略，為提高電梯運(yùn)行安全性提供了保障。

關(guān)鍵詞：電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng);故障智能預(yù)測(cè);系統(tǒng)模型

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，高層建筑和公共服務(wù)設(shè)施不斷增多，電梯由于具有方便快捷的特性，在人們的日常生活與生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。據(jù)相關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，2018年中國(guó)的電梯保有量已經(jīng)達(dá)到628萬(wàn)臺(tái)，2019年全年電梯生產(chǎn)量達(dá)到了117.3萬(wàn)臺(tái)，保有量突破700萬(wàn)臺(tái)，目前我國(guó)電梯保有量和年生產(chǎn)量均為世界第一，并將繼續(xù)保持這一領(lǐng)先趨勢(shì)[1]。電梯是機(jī)電一體化產(chǎn)品，其主要部件和系統(tǒng)在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)性能衰退的問(wèn)題。電梯正常工作時(shí)，電梯門(mén)系統(tǒng)由于頻繁執(zhí)行開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作，成為了電梯系統(tǒng)中老化速度最快的部分。電梯門(mén)系統(tǒng)老化會(huì)影響電梯的正常開(kāi)關(guān)門(mén)，甚至導(dǎo)致電梯出現(xiàn)故障，引發(fā)安全事故。電梯門(mén)系統(tǒng)老化形式有以下幾種：門(mén)機(jī)電路熔斷器松動(dòng)導(dǎo)致其接觸不良或熔斷，傳動(dòng)皮帶打滑，轎門(mén)開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)損壞，開(kāi)門(mén)繼電器故障，開(kāi)關(guān)門(mén)按鍵故障，安全觸板或光幕故障，電梯層/轎門(mén)聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)故障等[2]。

目前，確保電梯安全運(yùn)行主要依賴于傳統(tǒng)的電梯維保與檢驗(yàn)，如定期維保和市場(chǎng)監(jiān)督管理局的檢驗(yàn)。電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)故障智能預(yù)測(cè)模式是將以往電梯發(fā)生故障后才進(jìn)行檢修的模式轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)模式，為實(shí)現(xiàn)電梯按需維保提供保障，可以降低事故發(fā)生概率，節(jié)約維保的人力、物力資源，延長(zhǎng)電梯使用壽命[3]。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，80%以上的電梯故障和70%以上的電梯事故都與電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)有關(guān)[4]。門(mén)機(jī)作為電梯門(mén)系統(tǒng)的核心組成部分，應(yīng)研究影響電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)性能退化的相關(guān)因素，通過(guò)分析相關(guān)模型，從而對(duì)電梯門(mén)機(jī)故障和電梯門(mén)機(jī)使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，以減少不必要的維保資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維保服務(wù)和按需維保目標(biāo)。

1 門(mén)機(jī)系統(tǒng)智能預(yù)測(cè)的相關(guān)研究進(jìn)展

國(guó)外學(xué)者在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)開(kāi)始對(duì)電梯門(mén)機(jī)故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行研究。早在20年前，美國(guó)學(xué)者Lee等人就已將智能維護(hù)思想引入電梯門(mén)機(jī)的研究領(lǐng)域[5]。在歐美等國(guó)家和地區(qū)，電梯生產(chǎn)公司廣泛關(guān)注智能維護(hù)系統(tǒng)的研究，并申請(qǐng)了一系列電梯門(mén)機(jī)智能維護(hù)系統(tǒng)的專(zhuān)利。相較于國(guó)外，我國(guó)對(duì)于電梯門(mén)機(jī)的研究起步較晚，主要研究?jī)?nèi)容包括電梯門(mén)機(jī)控制理論、電梯門(mén)機(jī)故障原因、電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)[6]、電梯門(mén)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等[7]。隨著我國(guó)電梯市場(chǎng)需求量越來(lái)越大，我國(guó)需加強(qiáng)對(duì)電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)的性能退化、壽命預(yù)測(cè)和智能維護(hù)方面的研究。

2 門(mén)機(jī)故障智能預(yù)測(cè)系統(tǒng)策略研究

門(mén)機(jī)是使轎門(mén)和層門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉的裝置，包括機(jī)械和電氣部分，因此電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)包括門(mén)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)和門(mén)機(jī)電氣控制系統(tǒng)[8]。目前，國(guó)內(nèi)大部分學(xué)者都沒(méi)有將電梯門(mén)機(jī)放在機(jī)電一體化系統(tǒng)范疇中進(jìn)行研究，只是單獨(dú)研究了門(mén)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)部分或電氣控制系統(tǒng)部分，因此門(mén)機(jī)故障智能預(yù)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)研究仍存在一定局限性。相關(guān)研究表明，電梯門(mén)機(jī)故障主要包括機(jī)械故障與電氣故障，當(dāng)電梯門(mén)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可能是機(jī)械部分發(fā)生故障或者電氣部分發(fā)生故障，也有可能是機(jī)械、電氣部分同時(shí)發(fā)生故障。本文根據(jù)電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)模型、電梯門(mén)電機(jī)模型、電梯門(mén)回路及安全回路的電氣元件工作狀態(tài)與壽命預(yù)測(cè)模型，構(gòu)建電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)新的機(jī)電一體耦合模型，實(shí)現(xiàn)智能預(yù)測(cè)功能。

機(jī)械運(yùn)動(dòng)模型包括電梯門(mén)機(jī)在正常工作發(fā)生堵轉(zhuǎn)的故障模型和電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)機(jī)械磨損的壽命預(yù)測(cè)模型。電梯門(mén)機(jī)在正常工作發(fā)生堵轉(zhuǎn)的故障模型，主要通過(guò)分析電梯關(guān)門(mén)的速度曲線來(lái)判斷，如果電梯正常運(yùn)行中發(fā)生夾人或夾物堵轉(zhuǎn)故障，電梯門(mén)機(jī)的某些參數(shù)就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化，電梯門(mén)機(jī)運(yùn)行曲線的速度參數(shù)以及電梯門(mén)機(jī)的電流參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，利用相關(guān)檢測(cè)和分析手段，及時(shí)預(yù)測(cè)和預(yù)警，防止電梯出現(xiàn)事故。電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)機(jī)械磨損的壽命預(yù)測(cè)模型，主要通過(guò)分析門(mén)機(jī)導(dǎo)向裝置、強(qiáng)迫關(guān)門(mén)裝置、層/轎門(mén)連鎖裝置等的運(yùn)行參數(shù)，預(yù)測(cè)相關(guān)部件磨損及失效的時(shí)間，及時(shí)發(fā)出維保及更換相關(guān)零部件的信息[9]。

電梯門(mén)電機(jī)模型包括電梯門(mén)電機(jī)運(yùn)行模型和門(mén)機(jī)壽命預(yù)測(cè)模型。電梯門(mén)電機(jī)運(yùn)行模型主要將門(mén)電機(jī)與門(mén)機(jī)機(jī)械模型進(jìn)行耦合，分析電機(jī)電流、速度與電梯門(mén)機(jī)故障的關(guān)系。電梯門(mén)機(jī)壽命預(yù)測(cè)模型主要從人為操作失誤、負(fù)載電流短時(shí)間急劇變化引起電機(jī)繞組損壞、轉(zhuǎn)速波動(dòng)引起機(jī)械連接件產(chǎn)生疲勞老化、過(guò)熱負(fù)荷及溫度波動(dòng)使絕緣材料損壞、門(mén)電機(jī)工作的環(huán)境條件等方面對(duì)電梯門(mén)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)[10]。

電梯門(mén)回路及安全回路的電氣元件工作狀態(tài)與壽命預(yù)測(cè)模型主要是研究門(mén)回路、安全回路中熔斷器與開(kāi)關(guān)門(mén)繼電器的工作狀態(tài)與電梯門(mén)故障的關(guān)系及其壽命預(yù)測(cè)[11]。

該策略采取的研究方法是通過(guò)增加相應(yīng)的檢測(cè)手段，將3個(gè)主要的電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)模型進(jìn)行耦合研究，形成電梯門(mén)機(jī)故障智能預(yù)測(cè)系統(tǒng)模型。基于上述門(mén)機(jī)系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)可科學(xué)有效地收集相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)電信號(hào)及機(jī)械信號(hào)的統(tǒng)計(jì)和處理，結(jié)合電梯故障專(zhuān)家?guī)斓南嚓P(guān)資料，分析相關(guān)信號(hào)與電梯門(mén)機(jī)故障的關(guān)系，構(gòu)建新型門(mén)機(jī)故障智能分析系統(tǒng)[12]。該系統(tǒng)將門(mén)機(jī)系統(tǒng)模型產(chǎn)生的各種信號(hào)與電梯專(zhuān)家?guī)煜嘟Y(jié)合進(jìn)行分析，厘清電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)與電梯故障的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)電梯門(mén)機(jī)故障的智能預(yù)測(cè)，從而服務(wù)于電梯維保，減少電梯發(fā)生事故的概率。該系統(tǒng)能了解更多更全面的電梯門(mén)機(jī)故障信息，有助于我們更加直觀和有效地監(jiān)測(cè)電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)其使用壽命，構(gòu)建電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控與預(yù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)，有助于提升電梯門(mén)機(jī)故障智能預(yù)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)精度，提高電梯安全運(yùn)行的可靠性。

3 結(jié)語(yǔ)

電梯作為機(jī)電一體化程度較高的設(shè)備，其安全運(yùn)行依賴于高質(zhì)量的維護(hù)保養(yǎng)，電梯定期維保雖然能夠發(fā)現(xiàn)和解決大部分門(mén)機(jī)系統(tǒng)方面的機(jī)械故障，但不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。為此，本文提出了一種電梯門(mén)機(jī)故障智能預(yù)測(cè)策略，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電梯門(mén)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并實(shí)現(xiàn)電梯門(mén)機(jī)故障預(yù)測(cè)功能，降低電梯門(mén)機(jī)發(fā)生故障的概率，提高電梯運(yùn)行的安全性。

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收稿日期：2020-05-09

作者簡(jiǎn)介：李文滔（1987—），男，湖南邵陽(yáng)人，碩士，講師，從事電梯安裝、調(diào)試與維護(hù)相關(guān)教育及科研工作。