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【摘 要】 随着社会的不断发展，电梯已经成为了人们日常生活中必不可少的一部分。电梯故障直接影响着电梯运行的可靠性和安全性，对电梯进行故障诊断是很有必要的。本文通过建立电梯控制系统的故障树模型，对电梯控制系统进行故障检测和分析，能够实现电梯故障的快速准确的诊断。
【关键词】 电梯；故障树；故障诊断
电梯作为特种设备之一，其安全问题尤为重要。电梯是个很复杂的系统，电梯的故障类型也是多种多样，要对电梯进行故障诊断需要对电梯的所有输入和输出进行检测，然后对系统进行整体的分析和判断。建立电梯控制系统的判断规则和诊断过程是相当复杂的，因此为了能够快速准确的判断出电梯的故障，我们采用了故障树分析方法。
1.故障树概述
故障树分析法（FTA）是分析系统可靠性与安全性的一种重要方法，它是一种特殊的因果关系逻辑图。它针对某特定的不希望发生的事情（即故障模式）进行演绎推理，并将设备故障同其组成系统各部件的故障联系起来，寻求导致系统故障额全部原因。由于系统故障的层次性，其故障模式同故障原因的关系往往呈现出多层次性，从而形成了一连串的因果链，加之系统的复杂性，便构成了“树”或“网”，因此称为故障树。
如图一所示为建造故障树的基本流程。首先我们需要了解系统的基本情况，包括系统的结构原理、功能、故障类型、故障机理以及系统设计、维修、运行等方面的资料，为故障树的建立做好准备；接着，确定故障树顶事件。顶事件是位于故障树的顶端，在了解系统的基本情况下，根据故障判据确定故障树的顶事件。对于大型复杂的系统，可以把系统分为若干个子系统逐一分析，然后加以综合，以便简化问题；然后，建立边界条件，确定简化系统图。明确系统与其他系统的接口，得到一个与主要逻辑关系等效的简化系统图；最后，构建故障树。由顶事件出发，逐个找出可能导致故障的原因，直至底事件为止。
2.电梯控制系统常见故障分析
电梯的复杂结构决定了电梯的故障的多样性。现对电梯控制系统常见故障总结如下：
1.电梯控制系统安全回路故障：安全回路是电梯运行安全保护电路，导致其故障的主要有急停开关故障、限速器开关故障、门开关故障、主接触开关故障以及电源故障等等。
2.门系统故障：大部分安全事故都和门系统有关，门系统故障的原因很多，包括：限位开关故障、开关门控制开关故障、门机故障、光电开关故障、东西卡门、开门按钮卡住和门联锁故障等等。
3.选层系统故障：主要表现为冲顶或蹲底、不能换速、预选层不停车等等。可能原因包括：上下强迫减速限位故障、制动器故障、换速传感器故障、平层传感器故障等等。
4.指令召唤系统故障：表现为指令召唤不能自保记、指令召唤无反应。可能原因包括：通信干扰、按键损坏、接线不可靠等等。
5.楼层指示系统故障：表现为楼层没有显示、楼层指示延迟、指示楼层不变或错误。可能原因包括：显示板无输入电压、接线不可靠、点阵或驱动芯片烧坏、通信干扰、控制电路故障等等。
6.运行系统故障：表现为启动故障、运行故障和停车故障。此类故障涉及原因很多，再次不一一列举。
7.除了以上故障，常见故障还包括：电梯控制器故障、变频器故障、电源故障等等。
3.电梯控制系统故障树模型
如图2所示为电梯安全回路的简化电气图。其中，X1表示输入电压，X2为限速器开关，X3为门联锁开关，X4为主接触开关，X5为强制停车开关，y1和y2为回路输出。
其工作原理如下：
（1）正常情况下，安全回路是闭合的，y1，y2无输出。
（2）当x5动作时，即强制停车，y2无输出。
（3）当x2，x3，x4中，任意几个断开后，y1无输出。
根据前述故障树建立流程我们可以得到如图3所示的故障树模型。
同理我们可以建立门系统故障模型，如图4所示。
4.故障树分析
故障树的分析方法可以分为定性分析和定量分析。故障树定性分析的目的是寻找顶时间发生的所有故障可能，从而确定系统的脆弱环节，以便采取相应的补救措施。故障树定量分析目的是确定底事件和割集的发生对顶事件发生的影响程度，以便对系统进行改进。下面就从这两个方面对电梯故障树进行分析。
定性分析的主要任务是求取系统的最小割集，最小割集是导致系统顶时间事件发生的最少底事件。求取最小割集的方法主要有上行法和下行法。现以上行法为例对安全回路故障树模型进行分析，如图3所示。
从而可以得到系统的最小割集：
故障树在进行定量计算时，认为底事件之间是相互独立的，底事件和顶事件只有正常和故障两种状态。在故障树中，只要有一个最小割集发生，顶事件就会发生，故可以采用最小割集的来表示结构函数。若已知底事件发生的概率为q，而且每个最小割集的底事件是相互独立的。
故障树定量分析不仅可以计算出顶事件的发生概率，而且还可对底事件的重要度进行分析，包括结构重要度、概率重要度以及关键重要度。通过对底事件的重要度进行排序，能够为故障检测提供最佳的顺序。
5.基于故障树的电梯控制系诊断算法的实现
文献[3]提出了一种基于故障传播矩阵的故障树模型，该模型能够在计算机上快速的实现故障诊断。现以门系统故障进行说明。为故障树的节点集，为故障树的边集，如图4所示。下式A为电梯门系统故障传播矩阵，故障传播矩阵能够很好的反应事件之间的关系。顶事件a所对应的列中，第2、3列为1，说明引起事件a的直接原因是b，c；事件b对应的列中，第4，5行为1，说明引起的事件b的直接原因是d，e；以此类推可以推到出各个事件直接的因果关系，对于复杂的系统，更能体现出其优越性。
6.结论
本文主要应用故障树理论对电梯控制系统进行了分析。分析了电梯控制系统的常见故障，建立了其故障树模型，并且对其进行了定性和定量分析，最后简要介绍了其实现方法。利用故障树方法能够清晰直观的分析电梯控制系统的故障，能够快速的实现其故障诊断，具有很好的应用前景。
参考文献：
[1]朱大奇，于盛林.基于故障树最小割集的故障诊断方法研究[J].数据采集与处理，2002，17（3）：341-344.
[2]倪绍徐，张裕芳，易宏，等.基于故障树的智能故障诊断方法[J].上海交通大学学报，2008，42（8）：1372-1375.
[3]宗群，陈东航，牙淑红.基于故障树分析法的电梯远程监控系统故障诊断[J].制造业自动化，2004，25（11）：45-48.
[4]汉杰，电梯技术，锡仲，等.现代电梯控制技术[M].哈尔滨工业大学出版社，2001.
【关键词】 电梯；故障树；故障诊断
电梯作为特种设备之一，其安全问题尤为重要。电梯是个很复杂的系统，电梯的故障类型也是多种多样，要对电梯进行故障诊断需要对电梯的所有输入和输出进行检测，然后对系统进行整体的分析和判断。建立电梯控制系统的判断规则和诊断过程是相当复杂的，因此为了能够快速准确的判断出电梯的故障，我们采用了故障树分析方法。
1.故障树概述
故障树分析法（FTA）是分析系统可靠性与安全性的一种重要方法，它是一种特殊的因果关系逻辑图。它针对某特定的不希望发生的事情（即故障模式）进行演绎推理，并将设备故障同其组成系统各部件的故障联系起来，寻求导致系统故障额全部原因。由于系统故障的层次性，其故障模式同故障原因的关系往往呈现出多层次性，从而形成了一连串的因果链，加之系统的复杂性，便构成了“树”或“网”，因此称为故障树。
如图一所示为建造故障树的基本流程。首先我们需要了解系统的基本情况，包括系统的结构原理、功能、故障类型、故障机理以及系统设计、维修、运行等方面的资料，为故障树的建立做好准备；接着，确定故障树顶事件。顶事件是位于故障树的顶端，在了解系统的基本情况下，根据故障判据确定故障树的顶事件。对于大型复杂的系统，可以把系统分为若干个子系统逐一分析，然后加以综合，以便简化问题；然后，建立边界条件，确定简化系统图。明确系统与其他系统的接口，得到一个与主要逻辑关系等效的简化系统图；最后，构建故障树。由顶事件出发，逐个找出可能导致故障的原因，直至底事件为止。
2.电梯控制系统常见故障分析
电梯的复杂结构决定了电梯的故障的多样性。现对电梯控制系统常见故障总结如下：
1.电梯控制系统安全回路故障：安全回路是电梯运行安全保护电路，导致其故障的主要有急停开关故障、限速器开关故障、门开关故障、主接触开关故障以及电源故障等等。
2.门系统故障：大部分安全事故都和门系统有关，门系统故障的原因很多，包括：限位开关故障、开关门控制开关故障、门机故障、光电开关故障、东西卡门、开门按钮卡住和门联锁故障等等。
3.选层系统故障：主要表现为冲顶或蹲底、不能换速、预选层不停车等等。可能原因包括：上下强迫减速限位故障、制动器故障、换速传感器故障、平层传感器故障等等。
4.指令召唤系统故障：表现为指令召唤不能自保记、指令召唤无反应。可能原因包括：通信干扰、按键损坏、接线不可靠等等。
5.楼层指示系统故障：表现为楼层没有显示、楼层指示延迟、指示楼层不变或错误。可能原因包括：显示板无输入电压、接线不可靠、点阵或驱动芯片烧坏、通信干扰、控制电路故障等等。
6.运行系统故障：表现为启动故障、运行故障和停车故障。此类故障涉及原因很多，再次不一一列举。
7.除了以上故障，常见故障还包括：电梯控制器故障、变频器故障、电源故障等等。
3.电梯控制系统故障树模型
如图2所示为电梯安全回路的简化电气图。其中，X1表示输入电压，X2为限速器开关，X3为门联锁开关，X4为主接触开关，X5为强制停车开关，y1和y2为回路输出。
其工作原理如下：
（1）正常情况下，安全回路是闭合的，y1，y2无输出。
（2）当x5动作时，即强制停车，y2无输出。
（3）当x2，x3，x4中，任意几个断开后，y1无输出。
根据前述故障树建立流程我们可以得到如图3所示的故障树模型。
同理我们可以建立门系统故障模型，如图4所示。
4.故障树分析
故障树的分析方法可以分为定性分析和定量分析。故障树定性分析的目的是寻找顶时间发生的所有故障可能，从而确定系统的脆弱环节，以便采取相应的补救措施。故障树定量分析目的是确定底事件和割集的发生对顶事件发生的影响程度，以便对系统进行改进。下面就从这两个方面对电梯故障树进行分析。
定性分析的主要任务是求取系统的最小割集，最小割集是导致系统顶时间事件发生的最少底事件。求取最小割集的方法主要有上行法和下行法。现以上行法为例对安全回路故障树模型进行分析，如图3所示。
从而可以得到系统的最小割集：
故障树在进行定量计算时，认为底事件之间是相互独立的，底事件和顶事件只有正常和故障两种状态。在故障树中，只要有一个最小割集发生，顶事件就会发生，故可以采用最小割集的来表示结构函数。若已知底事件发生的概率为q，而且每个最小割集的底事件是相互独立的。
故障树定量分析不仅可以计算出顶事件的发生概率，而且还可对底事件的重要度进行分析，包括结构重要度、概率重要度以及关键重要度。通过对底事件的重要度进行排序，能够为故障检测提供最佳的顺序。
5.基于故障树的电梯控制系诊断算法的实现
文献[3]提出了一种基于故障传播矩阵的故障树模型，该模型能够在计算机上快速的实现故障诊断。现以门系统故障进行说明。为故障树的节点集，为故障树的边集，如图4所示。下式A为电梯门系统故障传播矩阵，故障传播矩阵能够很好的反应事件之间的关系。顶事件a所对应的列中，第2、3列为1，说明引起事件a的直接原因是b，c；事件b对应的列中，第4，5行为1，说明引起的事件b的直接原因是d，e；以此类推可以推到出各个事件直接的因果关系，对于复杂的系统，更能体现出其优越性。
6.结论
本文主要应用故障树理论对电梯控制系统进行了分析。分析了电梯控制系统的常见故障，建立了其故障树模型，并且对其进行了定性和定量分析，最后简要介绍了其实现方法。利用故障树方法能够清晰直观的分析电梯控制系统的故障，能够快速的实现其故障诊断，具有很好的应用前景。
参考文献：
[1]朱大奇，于盛林.基于故障树最小割集的故障诊断方法研究[J].数据采集与处理，2002，17（3）：341-344.
[2]倪绍徐，张裕芳，易宏，等.基于故障树的智能故障诊断方法[J].上海交通大学学报，2008，42（8）：1372-1375.
[3]宗群，陈东航，牙淑红.基于故障树分析法的电梯远程监控系统故障诊断[J].制造业自动化，2004，25（11）：45-48.
[4]汉杰，电梯技术，锡仲，等.现代电梯控制技术[M].哈尔滨工业大学出版社，2001.