电梯控制仿真技术与故障诊断分析研究
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摘 要：在中国现代化城市飞速发展的今天，对电梯的需求量也在不断增加，因此电梯控制技术是提高电梯运行的安全性、可靠性和降低现场调试要求的一个方向。本文针对电梯系统的硬件设备和软件设备的实现，着重研究了以计算机为核心的PLC控制的电梯仿真模拟技术。随着电梯的监测过程变得复杂化；也会对电梯监测人员的监测方法、专业技术的要求越来越高。本文还介绍了电梯故障诊断系统，该系统是基于CAN总线技术。
一、前言
目前，很多新型的计算控制技术已经很好的应用在电梯上，电梯为新技术的实现提供科研和专业教学的很大一个平台；同时也是计算机技术的自动化控制对象。当前最重要的任务就是开发电梯控制仿真系统技术，该技术能适合辅助教学，又具有经济性、高效性。中国现代化城市飞速发展的今天，对电梯的需求量也在不断增加，对电梯控制系统出现的故障及时发现并进行解决和电梯的可靠运行，得到人们越来越高的要求；由于该系统的高性能化、微机化，方便了电梯故障的检测和诊断。
很多先进的科技理论知识已经成功的应用到对电梯控制系统故障诊断，每个电梯的生产厂家，都有自己独特的、比较成功的电梯系统的故障诊断系统。在国外，维修服务系统和电梯故障诊断已经相继应用到实际的电梯应用中，主要的诊断方法是模式识别、专家系统；而我国，在电梯故障诊断技术这方面还是不够先进，针对故障系统的诊断还是依赖测试人员，根据他们的经验才能对电梯的控制系统实施诊断。我国的水平相对国外的水平，还是存在很大的差距。但是我国目前已经着手对故障的自动诊断系统进行了开发和研究，但成果还没应用到实际之中。主要是采用专家系统的理论、通过运行模拟电梯，将运行的情况进行记录，并存在数据库里等这些研究方法来对电梯进行故障诊断的。
二、仿真系统总体结构
为了可以纵向观察各种器件的安装位置及其电梯的运作全过程，开发了仿真电梯，该电梯是按照一定比例缩小的，具有齐全功能的电梯模型。仿真电梯与实际大小的电梯相比，仿真电梯从用途上和制造工艺上都有着特殊的功能，需要专门的技术来进行开发和研究。虚拟电梯就是用计算机将电梯的井道、轿厢进行虚拟化，还能发出送到PLC控制器的信号，它将PLC与计算机综合起来，虚拟成一台实际电梯，而且还能保证正常运行；PCL能将电梯的运行情况，以信号的形式返回给计算机，在计算机屏幕上将会显示所有的结果和控制情况。所以说物理模型电梯也能很切合实际的反映出电梯的物理结构， 只是它的功能比较单一；该模型也有他的缺点：楼层数目多、速度与高度没法改变、所用的仪器多。虚拟电梯它有着模型电梯所没有的优点：楼层梯速、高度可以做任何变动，就是电梯的内部物理结构不能真实的反应出来。
1.仿真电梯设计
测试系统就是运用计算机科学、测试方法学学科、电子学学科等学科技术和理论以测试工况和电梯控制系统为研究对象的系统。仿真电梯就是以PLC 为控制系统核心，将电器控制盒机械传动做了有效的结合 能比较直观的观察电梯的运行过程和物理结构。
仿真电梯是由轿厢、对重系统、曳引驱动系统、井道处的信息传感器等器件组成的。该电梯一般是采用上置式结构，用功率比较小的交流电机-变频器来拖动旋转编码器，电机的输出轴经弹性联轴器连接来曳引，对轿厢运行的距离、速度进行检测。
目前电梯控制器主要包括：PLC 控制与微机控制这两种，仿真技术系统主要是采用PLC作为控制器。该控制器具有：工作灵活性和通用性高；方便使用和编程简单；抗干扰能力强等很多优点。
2.虚拟电梯设计
PLC和计算机是虚拟电梯的主要硬件。在虚拟电梯系统中，人与机器的交互主要是由计算机来完成，它可以模拟出系统发出的内选信号、电梯井道信号和呼梯信号以及控制信号等功能。通过RS232C 串行通讯，接受PLC 的逻辑运行控制的输出信号，还可以将指令信号传送PLC，在界面上显示电梯轿箱的运行情况，对于虚拟电梯的运行情况让电梯工作人员了解清楚。
3.电梯故障诊断技术
故障诊断技术的定义就是掌握被诊断系统的各种信号，结合并利用已有的理论知识，对信息进行综合处理，最后给予系统的运行状况、故障状况一个综合评价的一项技术。该技术以被诊断系统有无故障为主要目的，如果有故障，要进一步对故障的原因、类型和性质以及发生部位进行确定，系统的诊断信息一般分定性信息与定量参数，系统故障诊断的结果是否正确，主要是由真实可靠的故障信息和正确的诊断方法来决定的。目前很多先进的技术理论知识已经成功地应用到电梯控制系统的故障诊断技术里面，对每个电梯的生产厂家，都有属于他们自己的电梯控制系统诊断技术。
三、电梯控制系统故障的诊断方法
诊断性能和监测性能以及综合性能是故障诊断系统的三个方面。下面介绍一下故障诊断技术的方法：
（1）基于模型的故障诊断方法。对电梯的模型系统的测出来的信息与先前的经验信息进行比较，对其产生的残差进行处理和分析而实现的故障诊断的技术就是基于模型的故障诊断方法。残差等于零或者解禁零时表示没有故障；当残差明显的偏离零点时表示存在故障。，基于模型的诊断方法根据残差产生的形式，可分为根据参数来辨识的方法和依据状态情况进行估计的方法和等价空间法这三种方法。
（2）基于知识的故障诊断方法。在工程实践中，在没有得到准确的数学模型的情况下，会限制运算方法的使用范围，而不需要对象的精确数学模型是基于知识方法的优势。基于知识的故障诊断方法经历了第一代和第二代故障诊断专家系统这两个发展阶段。基于知识的方法可分为：基于定性模型和基于症状这两种方法。
（3）基于信号处理的故障诊断方法。利用发出的信号模型就可以对可测信号直接地进行分析，提取出信号的频率和信号的方差等一些特征值，从而可检测故障，这种方法就是基于信号处理的方法。基于信息融合、基于信号模态估计和绝对值检验等一些方法，是最近几年新出现的新的基于信号处理的故障诊断方法。
四、电梯控制系统故障诊断技术的特点
（1）复杂性。交流变频调速电梯故障的最基本的特性是复杂性。该系统的各组成部分之间相互联系、耦合，使得故障症状和原因之间出现的关系错综复杂：多种故障原因表现出相同的症状，使得电梯控制系统在故障诊断上存在很大的复杂性。
（2）层次性。电梯的控制系统具有复杂和多层次性，故障都是同系统的其中的一层相联系，低层次的引起高层次的，反过来，高层次同样可以引起低层次故障，这就决定了电梯控制系统的诊断技术具有层次性。
3.不确定性。电梯控制系统故障诊断的重要特性就是确定性。但是在电梯控制系统中，设置较多的控制参数。假如其中某参数设置出现错误，可能会引起不确定性故障，不确定性是该故障的表现形式。
五、结论
通过本文介绍的高性能电梯控制仿真系统，可以直接地反映电梯的结构特征和运动规律，为新型计算机技术应用到电梯技术中提供了先进的技术手段，同时也为更深层的挖掘电梯控制系统的关键技术提供了平台。电梯控制系统故障诊断技术随着科技的进步得到了迅速发展，也应用到了工程实践中。在工程实践中，该技术也出现了很多问题，因此在解决这些问题的过程中，需要进一步的推动故障诊断技术的发展。
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