电梯门机系统故障智能预测策略研究

李文滔 何晨曦

摘要：相关数据表明，80%以上的电梯故障和70%以上的电梯事故都與电梯门机系统有关，因此有必要提升电梯维保质量。为此，提出了一种较为完善的电梯门机系统故障预测策略，为提高电梯运行安全性提供了保障。

关键词：电梯门机系统;故障智能预测;系统模型

0 引言

随着我国社会经济快速发展，高层建筑和公共服务设施不断增多，电梯由于具有方便快捷的特性，在人们的日常生活与生产中发挥着重要作用。据相关部门统计，2018年中国的电梯保有量已经达到628万台，2019年全年电梯生产量达到了117.3万台，保有量突破700万台，目前我国电梯保有量和年生产量均为世界第一，并将继续保持这一领先趋势[1]。电梯是机电一体化产品，其主要部件和系统在使用过程中会出现性能衰退的问题。电梯正常工作时，电梯门系统由于频繁执行开关门动作，成为了电梯系统中老化速度最快的部分。电梯门系统老化会影响电梯的正常开关门，甚至导致电梯出现故障，引发安全事故。电梯门系统老化形式有以下几种：门机电路熔断器松动导致其接触不良或熔断，传动皮带打滑，轿门开门限位开关损坏，开门继电器故障，开关门按键故障，安全触板或光幕故障，电梯层/轿门联锁开关故障等[2]。

目前，确保电梯安全运行主要依赖于传统的电梯维保与检验，如定期维保和市场监督管理局的检验。电梯门机系统故障智能预测模式是将以往电梯发生故障后才进行检修的模式转变为状态监测和预测模式，为实现电梯按需维保提供保障，可以降低事故发生概率，节约维保的人力、物力资源，延长电梯使用寿命[3]。相关数据表明，80%以上的电梯故障和70%以上的电梯事故都与电梯门机系统有关[4]。门机作为电梯门系统的核心组成部分，应研究影响电梯门机系统性能退化的相关因素，通过分析相关模型，从而对电梯门机故障和电梯门机使用寿命进行预测，以减少不必要的维保资源浪费，实现预测性维保服务和按需维保目标。

1 门机系统智能预测的相关研究进展

国外学者在20世纪80年代就已经开始对电梯门机故障诊断系统进行研究。早在20年前，美国学者Lee等人就已将智能维护思想引入电梯门机的研究领域[5]。在欧美等国家和地区，电梯生产公司广泛关注智能维护系统的研究，并申请了一系列电梯门机智能维护系统的专利。相较于国外，我国对于电梯门机的研究起步较晚，主要研究内容包括电梯门机控制理论、电梯门机故障原因、电梯门机系统远程网络监控技术[6]、电梯门机运行状态等[7]。随着我国电梯市场需求量越来越大，我国需加强对电梯门机系统的性能退化、寿命预测和智能维护方面的研究。

2 门机故障智能预测系统策略研究

门机是使轿门和层门开启或关闭的装置，包括机械和电气部分，因此电梯门机系统包括门机机械系统和门机电气控制系统[8]。目前，国内大部分学者都没有将电梯门机放在机电一体化系统范畴中进行研究，只是单独研究了门机的机械系统部分或电气控制系统部分，因此门机故障智能预测系统的相关研究仍存在一定局限性。相关研究表明，电梯门机故障主要包括机械故障与电气故障，当电梯门机发生故障时，可能是机械部分发生故障或者电气部分发生故障，也有可能是机械、电气部分同时发生故障。本文根据电梯门机系统的机械运动模型、电梯门电机模型、电梯门回路及安全回路的电气元件工作状态与寿命预测模型，构建电梯门机系统新的机电一体耦合模型，实现智能预测功能。

机械运动模型包括电梯门机在正常工作发生堵转的故障模型和电梯门机系统机械磨损的寿命预测模型。电梯门机在正常工作发生堵转的故障模型，主要通过分析电梯关门的速度曲线来判断，如果电梯正常运行中发生夹人或夹物堵转故障，电梯门机的某些参数就会产生相应变化，电梯门机运行曲线的速度参数以及电梯门机的电流参数会发生改变，利用相关检测和分析手段，及时预测和预警，防止电梯出现事故。电梯门机系统机械磨损的寿命预测模型，主要通过分析门机导向装置、强迫关门装置、层/轿门连锁装置等的运行参数，预测相关部件磨损及失效的时间，及时发出维保及更换相关零部件的信息[9]。

电梯门电机模型包括电梯门电机运行模型和门机寿命预测模型。电梯门电机运行模型主要将门电机与门机机械模型进行耦合，分析电机电流、速度与电梯门机故障的关系。电梯门机寿命预测模型主要从人为操作失误、负载电流短时间急剧变化引起电机绕组损坏、转速波动引起机械连接件产生疲劳老化、过热负荷及温度波动使绝缘材料损坏、门电机工作的环境条件等方面对电梯门机故障进行预测[10]。

电梯门回路及安全回路的电气元件工作状态与寿命预测模型主要是研究门回路、安全回路中熔断器与开关门继电器的工作状态与电梯门故障的关系及其寿命预测[11]。

该策略采取的研究方法是通过增加相应的检测手段，将3个主要的电梯门机系统模型进行耦合研究，形成电梯门机故障智能预测系统模型。基于上述门机系统模型的设计，该系统可科学有效地收集相关数据，通过对电信号及机械信号的统计和处理，结合电梯故障专家库的相关资料，分析相关信号与电梯门机故障的关系，构建新型门机故障智能分析系统[12]。该系统将门机系统模型产生的各种信号与电梯专家库相结合进行分析，厘清电梯门机系统相关参数与电梯故障的关系，实现电梯门机故障的智能预测，从而服务于电梯维保，减少电梯发生事故的概率。该系统能了解更多更全面的电梯门机故障信息，有助于我们更加直观和有效地监测电梯门机系统的运行状态，预测其使用寿命，构建电梯门机系统远程智能监控与预报网络，有助于提升电梯门机故障智能预测系统的预测精度，提高电梯安全运行的可靠性。

3 结语

电梯作为机电一体化程度较高的设备，其安全运行依赖于高质量的维护保养，电梯定期维保虽然能够发现和解决大部分门机系统方面的机械故障，但不能实时监测电梯门机系统运行状态。为此，本文提出了一种电梯门机故障智能预测策略，能够实时监测电梯门机的运行状态并实现电梯门机故障预测功能，降低电梯门机发生故障的概率，提高电梯运行的安全性。

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收稿日期：2020-05-09

作者简介：李文滔（1987—），男，湖南邵阳人，硕士，讲师，从事电梯安装、调试与维护相关教育及科研工作。