電梯門機系統故障智能預測策略研究

李文滔 何晨曦

摘要：相關數據表明，80%以上的電梯故障和70%以上的電梯事故都與電梯門機系統有關，因此有必要提升電梯維保質量。為此，提出了一種較為完善的電梯門機系統故障預測策略，為提高電梯運行安全性提供了保障。

關鍵詞：電梯門機系統;故障智能預測;系統模型

0 引言

隨著我國社會經濟快速發展，高層建筑和公共服務設施不斷增多，電梯由于具有方便快捷的特性，在人們的日常生活與生產中發揮著重要作用。據相關部門統計，2018年中國的電梯保有量已經達到628萬臺，2019年全年電梯生產量達到了117.3萬臺，保有量突破700萬臺，目前我國電梯保有量和年生產量均為世界第一，并將繼續保持這一領先趨勢[1]。電梯是機電一體化產品，其主要部件和系統在使用過程中會出現性能衰退的問題。電梯正常工作時，電梯門系統由于頻繁執行開關門動作，成為了電梯系統中老化速度最快的部分。電梯門系統老化會影響電梯的正常開關門，甚至導致電梯出現故障，引發安全事故。電梯門系統老化形式有以下幾種：門機電路熔斷器松動導致其接觸不良或熔斷，傳動皮帶打滑，轎門開門限位開關損壞，開門繼電器故障，開關門按鍵故障，安全觸板或光幕故障，電梯層/轎門聯鎖開關故障等[2]。

目前，確保電梯安全運行主要依賴于傳統的電梯維保與檢驗，如定期維保和市場監督管理局的檢驗。電梯門機系統故障智能預測模式是將以往電梯發生故障后才進行檢修的模式轉變為狀態監測和預測模式，為實現電梯按需維保提供保障，可以降低事故發生概率，節約維保的人力、物力資源，延長電梯使用壽命[3]。相關數據表明，80%以上的電梯故障和70%以上的電梯事故都與電梯門機系統有關[4]。門機作為電梯門系統的核心組成部分，應研究影響電梯門機系統性能退化的相關因素，通過分析相關模型，從而對電梯門機故障和電梯門機使用壽命進行預測，以減少不必要的維保資源浪費，實現預測性維保服務和按需維保目標。

1 門機系統智能預測的相關研究進展

國外學者在20世紀80年代就已經開始對電梯門機故障診斷系統進行研究。早在20年前，美國學者Lee等人就已將智能維護思想引入電梯門機的研究領域[5]。在歐美等國家和地區，電梯生產公司廣泛關注智能維護系統的研究，并申請了一系列電梯門機智能維護系統的專利。相較于國外，我國對于電梯門機的研究起步較晚，主要研究內容包括電梯門機控制理論、電梯門機故障原因、電梯門機系統遠程網絡監控技術[6]、電梯門機運行狀態等[7]。隨著我國電梯市場需求量越來越大，我國需加強對電梯門機系統的性能退化、壽命預測和智能維護方面的研究。

2 門機故障智能預測系統策略研究

門機是使轎門和層門開啟或關閉的裝置，包括機械和電氣部分，因此電梯門機系統包括門機機械系統和門機電氣控制系統[8]。目前，國內大部分學者都沒有將電梯門機放在機電一體化系統范疇中進行研究，只是單獨研究了門機的機械系統部分或電氣控制系統部分，因此門機故障智能預測系統的相關研究仍存在一定局限性。相關研究表明，電梯門機故障主要包括機械故障與電氣故障，當電梯門機發生故障時，可能是機械部分發生故障或者電氣部分發生故障，也有可能是機械、電氣部分同時發生故障。本文根據電梯門機系統的機械運動模型、電梯門電機模型、電梯門回路及安全回路的電氣元件工作狀態與壽命預測模型，構建電梯門機系統新的機電一體耦合模型，實現智能預測功能。

機械運動模型包括電梯門機在正常工作發生堵轉的故障模型和電梯門機系統機械磨損的壽命預測模型。電梯門機在正常工作發生堵轉的故障模型，主要通過分析電梯關門的速度曲線來判斷，如果電梯正常運行中發生夾人或夾物堵轉故障，電梯門機的某些參數就會產生相應變化，電梯門機運行曲線的速度參數以及電梯門機的電流參數會發生改變，利用相關檢測和分析手段，及時預測和預警，防止電梯出現事故。電梯門機系統機械磨損的壽命預測模型，主要通過分析門機導向裝置、強迫關門裝置、層/轎門連鎖裝置等的運行參數，預測相關部件磨損及失效的時間，及時發出維保及更換相關零部件的信息[9]。

電梯門電機模型包括電梯門電機運行模型和門機壽命預測模型。電梯門電機運行模型主要將門電機與門機機械模型進行耦合，分析電機電流、速度與電梯門機故障的關系。電梯門機壽命預測模型主要從人為操作失誤、負載電流短時間急劇變化引起電機繞組損壞、轉速波動引起機械連接件產生疲勞老化、過熱負荷及溫度波動使絕緣材料損壞、門電機工作的環境條件等方面對電梯門機故障進行預測[10]。

電梯門回路及安全回路的電氣元件工作狀態與壽命預測模型主要是研究門回路、安全回路中熔斷器與開關門繼電器的工作狀態與電梯門故障的關系及其壽命預測[11]。

該策略采取的研究方法是通過增加相應的檢測手段，將3個主要的電梯門機系統模型進行耦合研究，形成電梯門機故障智能預測系統模型。基于上述門機系統模型的設計，該系統可科學有效地收集相關數據，通過對電信號及機械信號的統計和處理，結合電梯故障專家庫的相關資料，分析相關信號與電梯門機故障的關系，構建新型門機故障智能分析系統[12]。該系統將門機系統模型產生的各種信號與電梯專家庫相結合進行分析，厘清電梯門機系統相關參數與電梯故障的關系，實現電梯門機故障的智能預測，從而服務于電梯維保，減少電梯發生事故的概率。該系統能了解更多更全面的電梯門機故障信息，有助于我們更加直觀和有效地監測電梯門機系統的運行狀態，預測其使用壽命，構建電梯門機系統遠程智能監控與預報網絡，有助于提升電梯門機故障智能預測系統的預測精度，提高電梯安全運行的可靠性。

3 結語

電梯作為機電一體化程度較高的設備，其安全運行依賴于高質量的維護保養，電梯定期維保雖然能夠發現和解決大部分門機系統方面的機械故障，但不能實時監測電梯門機系統運行狀態。為此，本文提出了一種電梯門機故障智能預測策略，能夠實時監測電梯門機的運行狀態并實現電梯門機故障預測功能，降低電梯門機發生故障的概率，提高電梯運行的安全性。

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收稿日期：2020-05-09

作者簡介：李文滔（1987—），男，湖南邵陽人，碩士，講師，從事電梯安裝、調試與維護相關教育及科研工作。