硅谷杂志：基于计算机技术的电梯检验检测探讨 |
| 2012-07-11 11:57 作者：李 翔 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月11日消息 （原文载于《硅谷》杂志6月刊）电梯运行的安全性及可靠性直接关系到乘梯人的人身安全。随着电梯应用范围的不断扩大，电梯事故发生率也呈现出上涨趋势，做好电梯检验检测工作具有重要意义。首先对依托于计算机技术的电梯检验检测系统方案以及系统硬件的具体实现方案进行简单介绍，之后构建电梯故障诊断模型。
电梯运行的安全性及可靠性直接关系到乘梯人的人身安全，随着经济的迅猛发展，城市高层建筑的与日俱增，电梯的应用范围也越来越广，相应的电梯运行事故也频频发生，做好电梯检验检测工作有助于对电梯运行事故的有效控制。依据当前所普遍采取的电梯检验检测方案，在电梯事故诊断方面存在着诸如实时性不高以及定位准确程度低等不足，对基于计算机技术的电梯检验检测进行深入分析和探讨具有重要的现实意义。
1基于计算机技术的电梯检验检测系统
1.1系统整体方案
基于计算机技术的电梯检验检测系统，对电梯运行故障进行检测的基础是全面收集电梯运行故障特征信号。对于实践中客观存在的信号数量多的实际问题，借助CPLD/FPGA的I/O端口数量多，并且其功能可以进行自主定义等特性，同时结合利用VHDL语言编写的CPLD/FPGA内部执行软件便可以得到妥善解决。与此同时，CPLD/FPGA具有纳秒级的硬件速度，然而目前所有MCU均无法实现，笔者在本系统设计方案的数据采集方面，利用FPGA数据采集板对A/D芯片进行控制，以便开展数据采集工作以及与PC机的通讯等，具体而言，本系统大致包括以下几方面内容：1）信号收集电路。以电梯运行技术参数及工况为主要依据，选择适宜的传感器对模拟信号进行转换，以获取A/D芯片能够识别的信号；2）A/D转换电路，其主要作用是对于多路数据进行保存，同时负责A/D转换；3）PGA／CPLD控制电路，主要作用是对产生时序并处理相关数据，此外实现与PC机的通讯。
1.2电梯检验检测模型
电梯运行系统极为负责，电梯运行事故种类多种多样，并且具有极大的不确定性，相关故障相互间存在着各种各样的联系，这些都极大的增加了电梯运行检验检测工作的难度。基于计算机技术的电梯检验检测模型，有效整合了相关信号，借助一系列的子神经网络分别从各个角度对电梯的运行状况进行检验和检测，以确保第一时间发现电梯运行的异常，并采取有效的处理措施。如果未能得出准确的检测结果，就会利用全局决策融合，从而为电梯检验检测确诊率提供有力保障。笔者在此所设计的电梯运行检验检测系统针对电梯控制系统以及曳引拖动系统分别建立起了模糊神经网络，实现了对局部信息的有效融合，获取局部神经网络诊断结果，在此基础之上，利用依托于统计的融合方法D-S证据理论实现对所获取的局部整合结果的融合。基于计算机技术的电梯运行检验检测模型详见下图所示。
图1基于计算机技术的电梯运行检验检测模型示意图
变量的基本类型共有两类：内存变量、I/O变量。IO变量是指可与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量，如下位机数据采集设备（如PLC、仪表等）或其它应用程序（如DDE、OPC服务器等）。内存变量是指那些不需要和其它应用程序交换数据、也不需要从下位机得到数据、只在“组态王”内需要的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。
1.3变量的数据类型
组态王中变量的数据类型与一般程序设计语言中的变量比较类似，主要有以下几种：
实型变量：类似一般程序设计语言中的浮点型变量，用于表示浮点（float）型数据，取值范围10E-38～10E+38，有效值7位。
1.4系统硬件实现
通过对电梯控制系统以及曳引拖动系统运行过程中所出现的故障的综合性分析，可以确定所需要收集的电梯运行故障信号主要有以下几种：三相电源相电压、变频器主回路直流电压、变频器输出三相电流、电机转速、减速器轴承温度、制动器线圈温度、闸瓦表面温度、制动器电气回路电压、轿厢加速度信号。故障类型有：三相电源故障、变频器整流模块故障、滤波电容故障、IPM故障、基极驱动电路故障、三相电机缺相、电机短路、电机过载、电机堵转、减速器故障、制动器松闸动作缓慢、制动器不能松闸、制动力矩不足以及制动闸瓦温升异常等。
首先，确定传感器。笔者在此所阐述的基于计算机技术的电梯运行检验检测系统需要收集诸如交流电压、电流、制动器电气回路直流电压以及电机转速等一系列的信号，其中，借助联大电阻法可以获取变频器主回路电压信号以及制动器电气回路直流电压信号；测量执行电机转速需要借助增量式编码盘，也即是在某采样时间段内借助FPGA利用统计脉冲数量的方式将转速大小予以确定，除此之外所需要的一系列信号的收集工作就需要结合电梯运行的具体工况为主要依据，有相应的传感器进行。利用LEM公司研发的LA58-P型霍尔电流传感器对交流电流进行检测，该设备具有较高的精准度以及线性度，反应灵活，具备较宽的频带范围，并且有效避免了插入损失，因此，该设备是变频调速系统电流检测的最佳选择。关于收集交流电压信号，笔者建议使用同样由LEM公司研发的ATVRD420L霍尔电压传感器。增量式编码盘与绝对值编码器相比较而言，价格优势明显，并且同样可以确保电机转速检测等现实需求的充分实现，笔者在本系统设计方案中选择的是欧姆龙公司研发的E682-CWZ6C型增量式旋转编码器。
针对电梯减速器、制动阀瓦以及电磁制动器线圈等进行温度检测的过程中，需要注意，电梯减速器的温度最高不得高于六十摄氏度；由于制动器线圈所采用的绝缘材料有所区别，因此在温升方面也不尽一致，笔者在此介绍的控制对象选择的绝缘材料属于A级，温度上限为一百摄氏度，这就意味着进行温度检测对检测仪器的要求并不高，在选择温度传感器的过程中，要重点考虑其与A/D转换接口是否方便以及所支持的量程等因素。相关研究结果显示，人体只对低频段的振动表现出较为明显的敏感性，与此同时，在测量电梯启动以及制动特性的时候，必须确保加速计零频响应十分良好，所以，笔者建议选择具备较好的低频特性、反应灵活以及动态性能较为优越的加速计。
其次，关于FPGA控制机通讯模块的设计，笔者在此所介绍的系统选择的是是ALTERA公司的FLEX系列的EPFIOKl0LC84-4，密度为10000门，封装PLCC84，延时3ns，I/O口56个。SRAM具有易失的特性，一旦遇到断电情况，保存在芯片当中的配置信息将会全部损失，笔者在此利用EPC2对相关配置数据进行保存，同时负责在上电时FPGA的加载。FPGA一方面对A/D转换进行控制，另一方面，通过串行端口与PC机进行串行通信。电梯运行检验检测系统所收集的信号的传输距离较远，现有协议难以满足需求，笔者选择RS485串行通信协议。
2结语
综上所述，随着经济的迅猛发展，城市高层建筑的与日俱增，电梯的应用范围也越来越广，相应的电梯运行事故也频频发生，为了将电梯运行事故的发生率控制在最低限度，必须对电梯检验检测工作予以足够的关注和重视。电梯属于比较常见的机电一体化大型设备，运行工况较为复杂，正是由于复杂的运行工况，一旦出现电梯运行故障，就意味着进行电梯故障诊断的复杂性，难度系数也相对较高。笔者在本文中主要阐述了基于计算机技术的电梯检验检测系统的设计方案，并对基于模糊神经网络以及D-S证据理论相结合的电梯运行故障检测模型进行了简单介绍。下位机FPGA主要任务是负责收集电梯运行故障特性相关信号，此外还要保持与上位机之间串行通信的正常进行；以Labwindows/C为平台开发的下位机的主要作用是确保数据显示及存储功能的顺利实现，同时还负责电梯运行故障诊断。实际应用结果显示，笔者在此所阐述的基于计算机技术的电梯运行检验检测系统能够在很大程度上提高电梯运行故障诊断的精准度以及可信度，将诊断中所面临的不确定性控制在最低限度。
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