نظام التشخيص غير التداخلي لمحركات المصاعد الكهربائية

الضرورة من التشخيص غير التداخلي لمحركات المصاعد الكهربائية

تم تركيب المصاعد الكهربائية على نطاق منتشر في القصور والمصانع وأرصفة البضائع وما إلى ذلك، وذلك كأداة مهمة لنقل الركاب وتوصيل البضائع، لذلك؛ فإن موثوقيتها أمر حيوي لسلامة البشر والتنمية الاقتصادية. لزيادة متانة نظام الرفع، كما تم تطوير تصميم محرك جر موثوق به وأنظمة تحكم قوية بالمحرك وأنظمة حماية. ومع ذلك، ونظراً لتعقيد نظام المصعد، والذي يتكون من محرك الجر وعربة الرفع ومكابح وباب المحرك؛ فإن البحث المبلغ عنه حول تحسين موثوقية أنظمة الرفع غير كافٍ.

إلى جانب ذلك؛ فإنه يتم إجراء الصيانة العملية للمصعد إما بشكل دوري أو يتم إجراؤها بعد فشل المصاعد مما قد ينطوي على تكاليف صيانة مفرطة وانقطاعات غير ضرورية للخدمة، ولحل هذه المشكلة، تم تثبيت محولات القدرة المتطفلة مثل جسر الميزان ومشفّر السرعة وما إلى ذلك في المصاعد لاكتشاف حالة تشغيل عربة الرفع.

وعلى الرغم من أن هذه الطريقة منخفضة التكلفة نسبياً ويمكن أن توفر قياسات للمهنيين لتحليل الفشل؛ فإن تركيب وصيانة محولات الطاقة المتطفلة سوف يقطع خدمات المصعد ويجب دفع مصاريف إضافية للمهنيين لتحليل البيانات المتكرر.

علاوة على ذلك، قد يتم إعاقة النقل أو الاتصال بسبب البرامج الاحتكارية أو بروتوكولات الاتصال المختلفة التي طورتها الشركات المصنعة للرافعات، ولمعالجة مسألة الموثوقية بشكل أساسي، يلزم وجود نظام عام للرصد والتشخيص غير المتطفلين لنظام المصعد.

إطار العمل والمراقبة للرفع غير المتداخل في المصاعد الكهربائية

يمكن رسم هيكل نظام التشخيص غير التداخلي المقترح والقائم على الذكاء الاصطناعي كما هو موضح في الشكل التالي (1)، كما ويمكن استخدامه لمراقبة ظروف تشغيل المصاعد وتوفير التنبؤ بالأخطاء للمصاعد متعددة العلامات التجارية دون التدخل في الأجهزة والبرامج الحالية الخاصة بالمصاعد وتركيباتها وبالتالي؛ فإنه يتم تمكين التطبيق عبر منصة خاصة.

كما يشتمل هذا النظام على:

• مستشعرات الجهد والتيار الكهربائي غير المتطفلة التي تم تكوينها للحصول على إشارات الجهد والتيار الكهربائي في الوقت الفعلي لمحرك الجر وملف الفرامل ومحرك الباب ودائرة المصاعد.

• متحكم دقيق (مثل Raspberry PI و Adruino) تم تكوينه لجلب الإشارات الكهربائية من أجهزة الاستشعار غير المتطفلة ثم نقل البيانات إلى الخوادم.

• خادم تم تكوينه لتخزين بيانات الإشارة التي تم جمعها وتحليل البيانات بناءً على الذكاء الاصطناعي لتشخيص ظروف تشغيل المصاعد.

المكونات المادية الخاصة بتركيب المصعد الكهربائي

المحرك الكهربائي

يمكن استخدام كل من محرك المغناطيس الدائم المتزامن (PMS) و”المحرك غير المتزامن” (AC)، وذلك كمحرك جر للمصاعد، بحيث يتم تلخيص إيجابيات وسلبيات هذين النوعين من المحركات كما هو موضح في الجدول التالي.

نظراً للتكلفة المنخفضة نسبيًا والموثوقية العالية للمحركات غير المتزامنة؛ فإنه يتم تطبيقها على نطاق واسع في أنظمة الرفع، بحيث يمكن رسم الدائرة المكافئة للمحركات غير المتزامنة كما هو موضح في الشكل التالي (2)، حيث (S) هي نسبة الانزلاق.

كما أن المتغيرات (R1 + jX1 و R2 + jX2 و Rm + jXm) هي الممانعات المكافئة للجزء الثابت والدوار وفرع الإثارة على التوالي، واستناداً إلى الدائرة المكافئة الموضحة في الشكل التالي (2)؛ فإن القدرة الميكانيكية للخرج هي أساساً القدرة المشتتة على المقاوم المكافئ لـ (R2 / S)، خاصةً إذا كانت جودة الجهد في (U1) رديئة؛ فيمكن تصور أن قوة (R2 / S) ستكون متذبذبة.

كما أن ذلك يؤثر على عزم الدوران الميكانيكي للمحرك، ونتيجة لذلك يعد جهد الدخل لـ (U1) مؤشراً مهماً لتشغيل المحرك، ولتحقيق كشف ومراقبة غير تدخلي لـ (U1)؛ فإنه يمكن تطبيق محول جهد تفاضلي معزول، بحيث يمكن رسم التصميم النموذجي لهذا المستشعر كما هو موضح في الشكل التالي (3).

الفرامل الميكانيكية

يتم استخدام فرامل إيقاف التشغيل المغناطيسية بشكل عام في أنظمة المصاعد؛ فإنه يمكن رسم الهيكل النموذجي لهذه الفرامل كما هو موضح في الشكل التالي (4)، وعند توقف المصعد؛ فإنه يتم قطع التيار الكهربائي للملف ويتم إزالة مغناطيسية الملف، كذلك سوف تدفع الينابيع المشدودة لوحة الضغط لقفل قرص الاحتكاك بين لوحة الضغط ولوحة الغطاء، كما أن قرص الاحتكاك والمحور والعمود متصلان بإحكام.

لذلك سيؤدي الاحتكاك الناجم عن لوحة الاحتكاك إلى إيقاف حركة العمود والمصعد، وأخيراً عند بدء تشغيل المصعد؛ فإنه سيتم تشغيل الملف لمغنطة الملف، كما ستسحب القوة الكهرومغناطيسية لوحة الضغط باتجاه الملف وتحرر قرص الاحتكاك، وبعد ذلك؛ فإنه يمكن أن يدور العمود لتحريك عربة الرفع، ومن الناحية العملية، يمكن تلخيص الأخطاء المحتملة كما هو موضح في الجدول التالي.

دائرة السلامة الكهربائية

لضمان التشغيل الآمن لنظام الرفع؛ فإنه يتم تطبيق رابط الأمان الواقي أو دائرة الأمان، والتي هي في الأساس سلسلة متصلة من مرحل الأمان وإمدادات الطاقة الكهربائية وما إلى ذلك، ولتجنب حدوث خلل في المصعد؛ فإنه سيؤدي فصل رابط الأمان إلى شق نظام الرفع على الفور.

كما يوضح الشكل التالي (5) أشكال الموجة الحالية النموذجية لوصلة الأمان أثناء عملية فتح المرحل وعملية الإغلاق، وذلك كمؤشر حيوي لحالة تشغيل المصعد، بحيث يمكن للإشارة الحالية لدائرة الأمان أن تعكس حالة تشغيل المصعد بناءً على هذا الاعتبار، كما يتم نشر مستشعر تيار غير تدخلي، وذلك للحصول على الإشارة الحالية لدائرة الأمان.

باب المصعد الرئيسي

يتم تشغيل باب المصعد بواسطة محرك الباب، بحيث يمكن استخدام كل من محرك (PMS) والمحرك غير المتزامن كمحرك باب، وذلك من خلال الكشف عن تيار الجزء الثابت لمحرك الباب، بحيث يمكن ملاحظة أوقات الفتح واحتكاك باب الرفع وما إلى ذلك، وبالمثل؛ فإنه يمكن قياس تيار الجزء الثابت هذا باستخدام مستشعر التيار المذكور أعلاه كما هو موضح في الشكل التالي (7).

نظام الحصول على البيانات على أساس (Raspberry PI)

تم تطوير المتحكم الدقيق في نظام الحصول على البيانات لجلب إشارات التيار الكهربائي من مستشعرات التيار غير المتطفلة وتحويل الإشارات إلى تنسيقات محددة مسبقاً ونقلها إلى الخوادم، بحيث يمكن تطوير نظام الحصول على البيانات استناداً إلى (Raspberry PI) على سبيل المثال لا الحصر، وهو عبارة عن كمبيوتر أساسي لتشغيل (LINUX) أحادي اللوحة.

كما تتراوح سرعة معالج (raspberry PIs) من (700) ميجاهرتز إلى (1.4) جيجا هرتز، وهو ما يكفي لمعالجة الإشارات، إلى جانب ذلك؛ فإنه يوفر بوابات اتصال مختلفة ومحطات إدخال وإخراج للأغراض العامة (GPIO)، والتي يمكنها دمج أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار عبر بوابات اتصالات مختلفة.

ومع ذلك؛ فإن ذاكرته محدودة، وهي غير مناسبة لدمج خوارزمية تشخيص الذكاء الاصطناعي، وفي النظام المقترح؛ فإنه يتم نشر (Raspberry PI) كنظام إدارة بيانات لربط الخادم ونظام الاستشعار غير التداخلي، و بمعنى آخر  ستقدم جميع أجهزة الاستشعار المنشورة القياسات التناظرية إلى محطات (ADC) الخاصة بـ (Raspberry PI) مضمناً مع خوارزميات التصفية.