电梯控制柜智能故障诊断系统的研究

电梯控制柜智能故障诊断系统的研究

张冠

浙江省特种设备科学研究院  浙江杭州  310000

摘要：控制柜一般由控制主板、变频器、继电器、变压器、线路、其他元器件等组成。作为电梯控制系统的主要载体，其一般被放置在电梯的机房内或者井道内。其中，无机房的电梯控制柜则被放置在井道内。控制柜由金属框架结构、螺栓拼装组成。同时，金属框架尺寸统一，所以便可以使用塑料销钉很方便地将其挂上和取下。在正面的面板上装着可旋转的销钩，从而组合成为可以锁住的转动门，以便从前面接触到装在控制柜内的全部元器件，使控制柜可以靠近墙壁安装。

关键词：电梯;控制柜;智能故障诊断系统;研究

引言

随着建筑业的发展与人们生活水平的不断提高，电梯的需求量也日益增长。电梯控制柜作为电梯重要的组成部分，在使用过程中会出现一定的故障，所以对电梯控制柜进行定期的检验和维修是很有必要的。现代电力电子技术和计算机技术的发展，使电气设备的组成和结构越来越复杂，一旦设备出现问题，普通的检修人员无法及时查修和解决，从而对人们的生命安全造成巨大的威胁。

1、电梯电气控制柜的设计

(1) 开关门及安全回路设计。开关门回路由关门继电器GMJ 常开触点和开门继电器 KMJ 常开触点连接电梯门门电机和门机电阻，实现正转开门/反转关门并控制开关门速度，此外，关门继电器 GMJ 常开触点还连接关门减速传感器( 常闭端) ，防止电梯关门时动力过大，损坏电梯门和防止夹人。安全回路由电压继电器 DYJ 控制，串联 SJＲ 传感器、相序保护继电器 KDX、FＲ 热继电器、限速器断绳开关 SDS、安全钳开关 SAQ、紧急按钮 SJN，只有当所有条件均满足时，电压继电器才会吸合; 门联锁继电器线圈串联厅门开关 ST1-ST4 和轿门开关 SQF，只有当厅门和层门均关闭到位时门联锁继电器 MSJ 才会吸合。MSJ 和 DYJ 触点串联在启动运行回路，当他们的触点吸合时，电梯方能启动。

(2) 抱闸回路设计。抱闸回路电源由变压器降压后经过整流桥得到的直流 24V。通过 ＲD2 熔断器作为电源输入保护，防止线路短路 QC 接触器和抱闸被烧坏。其中 QC 接触器用来控制抱闸动作，当电梯在运行状态时，QC 接触器吸合，抱闸得电后松闸，电动机转动，当电梯在停车状态时，QC接触器断开，抱闸断电合闸，电动机停止转动。

(3) PLC 接线图设计。设计 PLC 输入端接旋转编码器、开关门继电器、1AS-4AS 轿厢选层指令按钮、1SA-3SA 上召按钮、2XA-4XA 下召按钮、SW/XW 上/下限位开关、IPU 减速感应器、GU/GD 上下强返碱速、PU 门驱双稳态开关等。设计PLC 输出端接变频器、1Ｒ-4Ｒ 选层指令灯、1G-3G 上召记忆灯、2C-4C 下召记忆灯、F1-F4 楼层数码显示器、CHD 超载蜂鸣器等。

(4) 电梯电气控制柜。电梯电气控制柜是电梯电气控制系统的核心，所有电气信号均需通过电气控制柜控制处理，根据以上图纸分析。

2、接触器故障分析

    2.1原因分析

交流接触器作为系统中直接控制负载的一个开关器件（非通即断），它可以频繁地接通或分断交流电路，主要作用于电梯启动和停止的控制，具有控制容量大、使用寿命长、简单经济等特性，但由于其只是一个开关元器件，在实际使用过程中，并不会引起线路中电流电压的变化，因此，交流接触器在使用过程中发生故障的很大部分原因都是因非正常因素所致，这些非正常因素与安装使用地的电网条件、环境以及所控的负载的工况正常与否等息息相关。其典型故障现象主要表现为：线圈故障和触头故障。交流接触器包括主要由绝缘系统、触头系统、灭弧装置、电磁系统、灭弧装置组成。根据麦思韦电磁理论电磁吸力公示，电磁力与线圈电流成正比，与空气隙面积成正比，与空气隙厚度成反比。现有接触器的故障：一是吸合时有振动和噪声异响。其主要原因有电源电压过低、衔铁与铁心的接触不良、短路环损坏、触点弹簧压力变化。二是线圈通电，接触器不能吸合，其主要原因有线圈故障、触点弹簧压力和超程调整过大、电源电压过低。三是线圈断电后接触器不能释放，其主要原因磁路故障、触点熔焊、机械部分卡住等原因。通过拆解该继电器后发现其弹簧、电磁铁都正常。通过图3可以发现，其触头接点有严重锈蚀和黑色附着物，这会导致触电电流减少，根据公式，会使得电磁吸力F减少，这样会在自复位弹簧的作用下导致吸合不紧，会连续异常声响。

2.2后期处理

（1）维保单位人员在日常维护保养中应严格按照电梯维护保养规则(TSG T5002-2017) 所要求项目来进行正确的维护保养，对发现损坏的零部件应及时更换，严禁使用短接行为来实现电梯带病运行。（2）检验员在检验过程中，应严格按照检规的要求逐项检验，避免漏检，加强对电梯各个电气零部件的电气原理图或接线图的认知。（3）使用单位若在维保单位告知零部件损坏时，应及时要求维保单位维修或更换，严禁电梯带病运行。

3、电梯控制柜智能故障诊断系统的研究

3.1继电器正常开合

继电器在正常工作时会根据控制系统所发出的指令进行触点的开合，从而对电路进行自动调节、安全保护、转换电路等工作，而在触点开合的过程产生了不同的振动信号，由于电梯控制柜包含的电气元件众多，不乏正常工作时产生平稳的工作振动的元件，导致振动信号波形会有一定的基波，当继电器工作时会在此波动的基础上进行叠加，干扰目标波形，因此对振动波形进行频谱分析，以得出更加直观的分辨效果。

3.2高次谐波对电梯控制柜的影响

为了使电梯乘坐更加舒适与节能，通常采用变频器对电梯控制柜进行大功率晶体管、大功率二极管的逆变与整流，往往会导致输入输出回路中电流高次谐波的产生，对周围电气设备、负载与供电系统造成千扰。变频器谐波干扰在实际使用过程中是十分常见的，其主要影响表现在以下几个方面。一是变压器：谐波会使变压器的铁损与铜损增大，变压器温度因此上升，绝缘能力受到影响从而使容量裕度减小。谐波还能产生共振及噪声。二是保护电器：保护电器的动作特性会因谐波的干扰发生改变，极易引起误动作，甚至操作特性发生改变导致烧毁线圈。三是开关设备：谐波会使开关设备启动时产生较高的电流变化率，瞬时恢复的峰值电压因此增加，绝缘会受到破坏，开关设备会发[1]。

4、国内研究现状

我国的故障诊断技术与欧美等强国相比发展较晚，对于故障诊断方面的理论与方法的研宄相对落后。这一现状随着国家科技与经济的不断进步发展以及国内一些高校与科研院所坚持不懈的努力研宂得到了巨大的改善。例如，中国电力科学研宄院开关研究所于1994年开发的KZC－１型高压断路器在线监测仪己在现场进行了测试和测试；东南大学与上海杨树浦电厂合作完成在线火焰监测系统；西安热能工程学院开发并完成了大型汽轮发电机组的振动监测和故障诊断系统；华北电力科学院基于美国恩泰电动机故障诊断软件开发了一套高压电机故障诊断专家系统，在电厂实际应用后效果理想；华中理工大学开发的200ＭＷ汽轮发电机组寿命管理和故障诊断专家系统，可以诊断机组因不同原因产生的各类异常振动。近年来，红外遥控监控技术得到广泛推广，基于计算机控制的人工智能诊断技术逐渐应用于电力设备状态监测和故障诊断的研究，但大多数是电器本身智能化，而控制柜的集成智能化工作较少。随着我国科技与经济的飞速发展，我国对于电梯产品在数量和质量上的要求也越来越高，电梯种类也随之增多[2]。

结束语

总之，科技创新可以不断地使电梯的结构发生相应的变化，电梯控制柜如何散热也备受人们的关注。在电梯控制柜的发展过程中，越来越多的发明创造将会融入。这些发明的融入可以使整个电梯控制柜的散热更加完善，让电梯的运行更加安全，使电梯本身的价值充分地展现在人们的生活当中[3]。

参考文献：

[1]伍懿美,周旭华,郑镇峰.基于PLC的电梯电气控制柜实训装置的设计与实现[J].科技风,2021(21):5-6.DOI:10.19392/j.cnki.1671-7341.202121003.

[2]荆华俊,施健杰,夏家福.一种可快速散热的电梯控制柜[J].中国电梯,2021,31(10):71-72.

[3]刘浩. 电梯控制柜智能故障诊断系统的研究[D].山东科技大学,2019.DOI:10.27275/d.cnki.gsdku.2021.001290.