基于PLC的电梯故障诊断研究

摘要：近年来，电梯被广泛的应用在高层建筑中，为人们的工作和生活带来很多便利。而电梯在长时间的运行过程中，制动和起动负载变化频繁，运行故障不断增多，电梯控制系统的安全性和可靠性降低，易发生各种停运事故。为了提高电梯运行的稳定性和安全性，构建基于PLC的电梯故障诊断系统，利用可编程控制器技术实时监测电梯运行状态，及时发现运行故障，及时进行诊断维修。本文分析了基于PLC的电梯故障诊断系统架构，阐述了基于PLC的电梯故障诊断过程。

关键词：PLC；电梯故障；诊断

PLC是一种集通信技术、自动化技术和微机技术为一体的工业控制装置，基于PLC的电梯故障诊断，可充分发挥可编程逻辑控制器的逻辑判断功能，实时监测电梯的运行状态，实时检测运行故障，准确诊断故障位置，提高电梯运行故障诊断和维修效率。

1.基于PLC的电梯故障诊断系统架构

1.1 SYSMAC网络连接系统

SYSMAC网络连接系统通过网络服务单元NSU、网络服务板NBS、网络链接单元连接计算机网络和PLC构成电梯故障诊断系统的局域网络系统[1]，该网络连接系统由126个结点和3个线路服务器组成，线路服务器连接各个结点，控制整个PLC电梯故障诊断系统的通信。

1.2 PLC上位连接系统

在PLC电梯故障诊断系统中，计算机设备作为上位机，和PLC进行通信，构成PLC上位连接系统。计算机为PLC上位连接系统设置良好的人机交互界面，全面、实时的管理和控制电梯运行。PLC作为连接系统的下位机，进行高效、可靠的分散控制。在PLC电梯故障诊断系统中，计算机主要用于数据和图形在线显示、参数修改和设定、程序编程等功能，不直接对电梯运行进行现场控制，PLC是系统的执行者，因此即使计算机设备在应用过程中出现问题，也不会影响PLC电梯故障诊断过程，极大提高了电梯故障诊断效率和可靠性。

1.3 PLC下位连接系统

PLC和链接单元、远程终端和远程I/O单元等模块链接，构成PLC下位连接系统。PLC电梯故障诊断系统的下位连接主要由传感器控制器、远程终端、I/O光缆传送单元、I/O链接单元、I/O远程从单元和主单元组成。

2.基于PLC的电梯故障诊断过程

2.1 PLC的故障诊断分级

根据电梯故障的响应时间要求和故障轻重缓急，可将电梯故障分为轻度故障、一般故障和严重故障。根据不同的故障等级，设置不同的PLC响应方式。其一，背景或定时处理，在PLC可编程控制器设置背景程序或者定时执行程序，在正常程序执行完成后，如果扫描时间有空余，可执行次要程序段，如果时间不足，则直接跳过，对于电梯的轻度故障或者一般故障可采用该响应方式；其二，正常程序扫描处理，PLC内部CPU运行速度很快，扫描电梯控制系统大型程序的时间也只有几毫秒[2]，可满足电梯发生严重故障对处理和响应速度的要求，并且可简化PLC程序；其三，中断处理，PLC输入中断主要包括高速计数器中断、间隔定时器中断、开关量触发CPU执行中断等，中断处理通过停止PLC控制器的主程序执行，对中断电梯严重故障有着重要作用。

2.2 PLC电梯故障诊断方法

2.2.1 PLC解析模型的故障诊断方法

基于电梯故障数学模型，按照数据统计方法处理被检测信息，通过重构电梯故障运行状态，结合电梯运行故障信息构建残差序列，根据残差序列，构造电梯故障解析模型，采用统计检验法，诊断电梯运行故障类型，进一步估计、分离和决策。通过应用解析模型的故障诊断方法，可实现对电梯故障的动态、实时诊断。在实际应用过程中，难以构建准确的电梯故障数学模型，并且解析模型包含电梯设备的大量非线性运算，因此在很大程度上限制了PLC解析模型故障诊断的使用效果和范围。

2.2.2 PLC信号处理故障诊断方法

PLC故障诊断利用电梯运行故障的信息模型，如小波变换、自回归滑动平均、频谱、相关函数等，提取信号幅值、方差等特征值[3]，分析可监测信号，检测电梯运行故障。PLC信号处理故障诊断方法简单可行，但是电梯故障类型和故障原因存在着不确定性关系，使得电梯运行故障检测易出现漏判、错判等问题。

2.2.3远程故障诊断方法

PLC电梯故障诊断系统应用远程故障诊断方法，可有效提高故障诊断范围。远程故障诊断系统主要包括诊断专家、故障诊断系统和智能诊断中心。PLC远程故障诊断系统通过智能诊断中心为电梯运行故障诊断搭建资源共享平台，提供多种智能诊断方法和共享资源，和客户进行沟通交互，将故障诊断资源保存在数据库和知识库。和智能诊断中心相比，PLC故障诊断系统主要是直接面对电梯设备，对电梯进行在线诊断服务，并且为智能诊断中心提供数据支持，为诊断专家和智能诊断中心提供电梯故障诊断的经验和知识。诊断专家通过和故障诊断系统的写作，整理和分析故障诊断系统关于电梯运行故障的诊断信息，根据电梯故障征兆和实际运行条件，准确诊断电梯故障。

3.结束语

电梯作为我们日常生活中的重要运输工具，一旦发生运行故障，不仅给人们的生活带来很多不便，甚至会发生严重的安全事故，因此必须积极采用先进的科学技术，加强电梯故障诊断，在未来的发展过程中，PLC技术将不断完善，基于PLC的电梯故障诊断系统也将更加完善和成熟。

参考文献：

[1]王丽华，周锋，杨世凤.基于PLC的电梯实时故障监测系统[J].电气传动，2011，04：48-49+53.

[2]王海，巩亚东，王宛山.基于PLC的故障诊断及处理[J].组合机床与自动化加工技术，2012，02：66-68.

[3]乔久鹏.电梯故障检测及诊断系统研究[D].哈尔滨工业大学，2010.

作者简介：王r，江苏省特种设备安全监督检验研究院扬州分院，硕士。