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摘 要：故障分析法是一种将系统故障形成原因按树枝状逐级细化的图形演绎方法。本文将故障树模型的分析方法应用于电梯远程监控系统的故障诊断，以实现对电梯系统故障的实时诊断和精确定位。基于故障树模型的电梯故障诊断方法简单、直观、条理清楚，具有良好的应用前景。
关键词：故障分析法;电梯远程监控;故障诊断
中图分类号：TN98 文献标识码：A
0 引言
截止至2012年底，全国在用电梯总数达到245.33万台，保有量和年增长量均为世界第一，且2007年以来以每年20%左右的速度高速增长，也就意味着我国每年新增电梯的数量在30万台以上，占全球每年新增电梯总量的一半以上[1]。
随着电梯数量的增多，电梯安全事故越来越引起社会的关注。来自国家质检总局的数据显示，2006-2011年，我国电梯事故数量整体呈现增长趋势，尤其是2011年，电梯事故数量达到64起，为近几年电梯事故最多的一年。在实际生活中，电梯关人、故障停梯、不正常运行等故障时有发生，给困梯的用户带来巨大的心理阴影，同时也影响物业与电梯厂家的形象，因此如何对电梯故障进行迅速诊断就显得尤为重要。
故障树模型是建立在条件和实践概念基础上，基于浅知识的故障诊断方法，具有框架性好、知识表达方便等优点，在电梯故障诊断中得到广泛应用[2]。
1 故障分析法
故障树分析法—FTA（Fault Tree Analysis）是一种将系统故障形成原因按树枝状逐级细化的图形演绎方法，是上世纪60年代发展起来的用于大型系统可靠性、安全性分析和风险评价的一种方法[3]。它通过对可能造成系统故障的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素等）进行分析，画出逻辑框图（亦即故障树），然后通过对系统故障事件作由总体到部分按树状逐级细化的分析，并对系统进行可靠性、安全性分析，常用于系统故障分析、预测和诊断，找出系统薄弱环节，以便在设计、制造和使用中采取相应的改进措施。
FTA以系统最不希望出现的故障状态作为分析的目标（顶事件），找出导致故障的全部因素（中间事件），再寻找出造成中间事件发生的全部因素，按照这种方式一直追溯到引起系统发生故障的全部原因（底事件）将系统的故障与中间事件和底层事件之间的逻辑关系用逻辑门联结起来，形成树形图，以表示系统与产生原因之间的关系，再通过计算找出系统发生故障和不发生故障的各种途径，利用概率论方法计算系统出现故障的概率，评价引起系统故障的各种因素的相关重要度。
2 电梯系统故障树的建造
2.1建树方法
故障树的建造是 FTA 法的关键，故障树建造的完善程度将直接影响其定性分析和定量计算的准确性。本文采用演绎法建树，先选定系统中不希望发生的故障事件为顶端事件，然后找出直接导致顶端事件发生的各种可能因素或因素组合，如硬件故障、软件故障、环境因素、人为因素等;再找出第一步中各因素的直接原因，循此方法逐级向下演绎，一直追溯到引起系统发生故障的全部原因，即分析到不需要继续分析原因的底事件为止。然后，把各级事件用相应的符号和适合于它们之间逻辑关系的逻辑门与顶端事件相连接，就建成了一棵以顶事件为根，中间事件为节，底事件为叶的具有若干级的倒置故障树。
2.2建树规则
故障树分析法是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。在清晰的故障树图形下，显示出系统故障内在联系，并反映零部件故障与系统之间的逻辑关系，便于围绕某些特定的故障树状态作层层深入的分析。在建树时应遵循以下各个原则[3]：
1.建树前对所分析系统要有非常深刻的了解，广泛收集有关系统设计运行流程图、设备技术规范等描述系统的技术文件和资料，进行深入细致分析;
2.对故障事件应作精确定义，指明故障是什么，在何种条件下发生，即应有唯一解，千万不可模棱两可，含糊不清;
3.选好顶端事件，选择的顶端事件必须是能够进一步分解的，即可以找出其发生的次级事件，否则，就有可能无法对事件进行分析;
4.合理确定系统的边界条件，边界条件包括：确定顶事件、确定初始条件、确定不许可事件、以及作出一些必要的假设，不考虑人为失誤等均可为系统的边界条件。有了边界条件才明确了故障树建到何处为止;
5.对系统中各事件的逻辑关系及限定条件必须分清楚，不能产生逻辑关系上的紊乱和限定条件之间的矛盾。
3 故障树分析原理在电梯急停故障中的应用
3.1 电梯急停故障树的建立
根据电梯工作原理，安全回路是电梯主要的安全保护系统，主要由电梯各安全装置串联形成，一般电梯安全回路包括相序保护继电器、限速器、安全钳、门锁、紧急停车按钮、紧急出口开关、底坑开关、限位开关等装置的触点和继电器[4]，当其中一个装置动作时，电梯安全回路继电器失电，电梯便无法行驶，即使是正在行驶的电梯也会因此制动停车。安全回路中装置的数量和种类繁多，安全回路动作表现虽然只有开路断电，但故障的诱因却有很多可能[5]，例如曳引钢丝绳断裂，电梯失控，轿厢或对重自然滑落，轿厢冲顶蹾底，开门运行事故和挤压剪切事故等都可以触发安全回路动作。同时当安全回路动作时，其故障表现又是多种多样的，如运行中和减速制动阶段急停，关门后不启动等。
由于安全回路故障的诱因很多，这里主要以电梯急停故障为例，分析故障树分析原理在其故障诊断中的应用。按照建树的步骤首先要进行系统分析判明故障，即对电梯系统的正常状态和正常事件，故障状态和故障事件给出确切的定义。
首先为故障树选定顶事件，顶事件是系统不希望发生的事件。因此，对系统的任务、边界、以及功能范围必须给予明确的定义，对系统的运行程序、环境条件、各部件的成功或失败准则都应有明确定义。这里顶事件是电梯急停。电梯系统顶事件不止一个，急停的顶事件可能只是许多系统失效事件之一。因为电梯系统内的每一个部件都以一种特定的方式与其他部件相联系，而完全相同的部件在不同的系统里面可以具有不同的特性。 为了清晰简洁，文章做出了急停故障树的一部分，即只包括了变频器故障和门锁故障两类分枝，除此之外还有电机过热保护，超速，安全回路电源短路，抱闸故障，楼层位置检测等引发的急停故障，如图1所示。
3.2电梯急停故障树定性分析
对电梯系统故障树进行定性分析可以对各元器件故障发生率和重要度进
行排序和优化查找，节约诊断系统排查故障的时间[6]。其主要目的包括：
1.为了找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式，弄清楚系统出现
某种最不希望发生的事件有多少种可能，即寻找故障树的全部最小割集;
2.寻找顶事件发生的原因和原因组合，识别导致顶事件发生的所有故
障模式，可以帮助判别潜在的故障，以便改进设计;
3. 用于指导故障诊断，改进运行和维修方案。设故障树中有 n 个底事件X1，X2，X3，…，Xn，C∈{Xi…Xl}为某些底事件的集合，当其中全部底事件都发生时，顶事件才发生，则称C为故障树的一个割集。若C是一个割集，而任意去掉其中一个底事件后就不是割集了，这样的割集称为最小割集。
故障树的最小割集表征了系统失效的充分必要条件，每一个最小割集代表着系统的一种失效模式。求最小割集通常有上行法和下行法两种方法，在求电梯控制系统故障树的最小割集的时候，采用了下行法求最小割集。
用下行法求得图1故障树的最小割集为{X1}，{X2}，{X3}，{X4}，{X5}，{X6}，{X7，X9，X10}，{X11}，{X8}。
求得最小割集，也就是求出了对顶事件有影响的基本事件组合。再以此为基础从技术上进行分析，以便对薄弱的元素重点采取对策。
4 结束语
基于故障树分析的电梯故障诊断模型，能够实现对电梯系统故障的实时诊断和精确定位，同时该方法简单、直观、条理清楚，具有良好的应用前景。它对保障了电梯系统的安全运行，大大降低电梯安全事故，进而保护人民群众的生命财产安全具有重要意义。
参考文献
[1]前瞻产业研究院.2013-2017年中国特种设备检验检测行业市场前瞻与投资战略规划分析报告[ R].深圳：深圳市前瞻商业资讯有限公司，2013年.
[2]朱大奇， 于盛林.基于故障樹最小割集的诊断方法研究[J]. 数据采集与处理.2002， 7（3）：41-344
[3]乔久鹏.电梯故障检测及诊断系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.
[4]毛怀新.电梯与自动扶梯技术检验[M].北京，学苑出版社，2001年1月
[5]郝继业， 崔道明， 黄春元. 电梯控制系统的信号反馈问题[J]. 煤炭技术. 2004，（3）：33-35
[6] Cheng Y L， Yuan J. On structured fault tree construction by modularizing control loop[J]. Reliability Engineering System Safety. 2000， （67）： 161～173
作者简介：
吴蔚峰（1985-），男，福建省永定人，本科，主要研究方向：电气及其自动化设计。
关键词：故障分析法;电梯远程监控;故障诊断
中图分类号：TN98 文献标识码：A
0 引言
截止至2012年底，全国在用电梯总数达到245.33万台，保有量和年增长量均为世界第一，且2007年以来以每年20%左右的速度高速增长，也就意味着我国每年新增电梯的数量在30万台以上，占全球每年新增电梯总量的一半以上[1]。
随着电梯数量的增多，电梯安全事故越来越引起社会的关注。来自国家质检总局的数据显示，2006-2011年，我国电梯事故数量整体呈现增长趋势，尤其是2011年，电梯事故数量达到64起，为近几年电梯事故最多的一年。在实际生活中，电梯关人、故障停梯、不正常运行等故障时有发生，给困梯的用户带来巨大的心理阴影，同时也影响物业与电梯厂家的形象，因此如何对电梯故障进行迅速诊断就显得尤为重要。
故障树模型是建立在条件和实践概念基础上，基于浅知识的故障诊断方法，具有框架性好、知识表达方便等优点，在电梯故障诊断中得到广泛应用[2]。
1 故障分析法
故障树分析法—FTA（Fault Tree Analysis）是一种将系统故障形成原因按树枝状逐级细化的图形演绎方法，是上世纪60年代发展起来的用于大型系统可靠性、安全性分析和风险评价的一种方法[3]。它通过对可能造成系统故障的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素等）进行分析，画出逻辑框图（亦即故障树），然后通过对系统故障事件作由总体到部分按树状逐级细化的分析，并对系统进行可靠性、安全性分析，常用于系统故障分析、预测和诊断，找出系统薄弱环节，以便在设计、制造和使用中采取相应的改进措施。
FTA以系统最不希望出现的故障状态作为分析的目标（顶事件），找出导致故障的全部因素（中间事件），再寻找出造成中间事件发生的全部因素，按照这种方式一直追溯到引起系统发生故障的全部原因（底事件）将系统的故障与中间事件和底层事件之间的逻辑关系用逻辑门联结起来，形成树形图，以表示系统与产生原因之间的关系，再通过计算找出系统发生故障和不发生故障的各种途径，利用概率论方法计算系统出现故障的概率，评价引起系统故障的各种因素的相关重要度。
2 电梯系统故障树的建造
2.1建树方法
故障树的建造是 FTA 法的关键，故障树建造的完善程度将直接影响其定性分析和定量计算的准确性。本文采用演绎法建树，先选定系统中不希望发生的故障事件为顶端事件，然后找出直接导致顶端事件发生的各种可能因素或因素组合，如硬件故障、软件故障、环境因素、人为因素等;再找出第一步中各因素的直接原因，循此方法逐级向下演绎，一直追溯到引起系统发生故障的全部原因，即分析到不需要继续分析原因的底事件为止。然后，把各级事件用相应的符号和适合于它们之间逻辑关系的逻辑门与顶端事件相连接，就建成了一棵以顶事件为根，中间事件为节，底事件为叶的具有若干级的倒置故障树。
2.2建树规则
故障树分析法是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。在清晰的故障树图形下，显示出系统故障内在联系，并反映零部件故障与系统之间的逻辑关系，便于围绕某些特定的故障树状态作层层深入的分析。在建树时应遵循以下各个原则[3]：
1.建树前对所分析系统要有非常深刻的了解，广泛收集有关系统设计运行流程图、设备技术规范等描述系统的技术文件和资料，进行深入细致分析;
2.对故障事件应作精确定义，指明故障是什么，在何种条件下发生，即应有唯一解，千万不可模棱两可，含糊不清;
3.选好顶端事件，选择的顶端事件必须是能够进一步分解的，即可以找出其发生的次级事件，否则，就有可能无法对事件进行分析;
4.合理确定系统的边界条件，边界条件包括：确定顶事件、确定初始条件、确定不许可事件、以及作出一些必要的假设，不考虑人为失誤等均可为系统的边界条件。有了边界条件才明确了故障树建到何处为止;
5.对系统中各事件的逻辑关系及限定条件必须分清楚，不能产生逻辑关系上的紊乱和限定条件之间的矛盾。
3 故障树分析原理在电梯急停故障中的应用
3.1 电梯急停故障树的建立
根据电梯工作原理，安全回路是电梯主要的安全保护系统，主要由电梯各安全装置串联形成，一般电梯安全回路包括相序保护继电器、限速器、安全钳、门锁、紧急停车按钮、紧急出口开关、底坑开关、限位开关等装置的触点和继电器[4]，当其中一个装置动作时，电梯安全回路继电器失电，电梯便无法行驶，即使是正在行驶的电梯也会因此制动停车。安全回路中装置的数量和种类繁多，安全回路动作表现虽然只有开路断电，但故障的诱因却有很多可能[5]，例如曳引钢丝绳断裂，电梯失控，轿厢或对重自然滑落，轿厢冲顶蹾底，开门运行事故和挤压剪切事故等都可以触发安全回路动作。同时当安全回路动作时，其故障表现又是多种多样的，如运行中和减速制动阶段急停，关门后不启动等。
由于安全回路故障的诱因很多，这里主要以电梯急停故障为例，分析故障树分析原理在其故障诊断中的应用。按照建树的步骤首先要进行系统分析判明故障，即对电梯系统的正常状态和正常事件，故障状态和故障事件给出确切的定义。
首先为故障树选定顶事件，顶事件是系统不希望发生的事件。因此，对系统的任务、边界、以及功能范围必须给予明确的定义，对系统的运行程序、环境条件、各部件的成功或失败准则都应有明确定义。这里顶事件是电梯急停。电梯系统顶事件不止一个，急停的顶事件可能只是许多系统失效事件之一。因为电梯系统内的每一个部件都以一种特定的方式与其他部件相联系，而完全相同的部件在不同的系统里面可以具有不同的特性。 为了清晰简洁，文章做出了急停故障树的一部分，即只包括了变频器故障和门锁故障两类分枝，除此之外还有电机过热保护，超速，安全回路电源短路，抱闸故障，楼层位置检测等引发的急停故障，如图1所示。
3.2电梯急停故障树定性分析
对电梯系统故障树进行定性分析可以对各元器件故障发生率和重要度进
行排序和优化查找，节约诊断系统排查故障的时间[6]。其主要目的包括：
1.为了找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式，弄清楚系统出现
某种最不希望发生的事件有多少种可能，即寻找故障树的全部最小割集;
2.寻找顶事件发生的原因和原因组合，识别导致顶事件发生的所有故
障模式，可以帮助判别潜在的故障，以便改进设计;
3. 用于指导故障诊断，改进运行和维修方案。设故障树中有 n 个底事件X1，X2，X3，…，Xn，C∈{Xi…Xl}为某些底事件的集合，当其中全部底事件都发生时，顶事件才发生，则称C为故障树的一个割集。若C是一个割集，而任意去掉其中一个底事件后就不是割集了，这样的割集称为最小割集。
故障树的最小割集表征了系统失效的充分必要条件，每一个最小割集代表着系统的一种失效模式。求最小割集通常有上行法和下行法两种方法，在求电梯控制系统故障树的最小割集的时候，采用了下行法求最小割集。
用下行法求得图1故障树的最小割集为{X1}，{X2}，{X3}，{X4}，{X5}，{X6}，{X7，X9，X10}，{X11}，{X8}。
求得最小割集，也就是求出了对顶事件有影响的基本事件组合。再以此为基础从技术上进行分析，以便对薄弱的元素重点采取对策。
4 结束语
基于故障树分析的电梯故障诊断模型，能够实现对电梯系统故障的实时诊断和精确定位，同时该方法简单、直观、条理清楚，具有良好的应用前景。它对保障了电梯系统的安全运行，大大降低电梯安全事故，进而保护人民群众的生命财产安全具有重要意义。
参考文献
[1]前瞻产业研究院.2013-2017年中国特种设备检验检测行业市场前瞻与投资战略规划分析报告[ R].深圳：深圳市前瞻商业资讯有限公司，2013年.
[2]朱大奇， 于盛林.基于故障樹最小割集的诊断方法研究[J]. 数据采集与处理.2002， 7（3）：41-344
[3]乔久鹏.电梯故障检测及诊断系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.
[4]毛怀新.电梯与自动扶梯技术检验[M].北京，学苑出版社，2001年1月
[5]郝继业， 崔道明， 黄春元. 电梯控制系统的信号反馈问题[J]. 煤炭技术. 2004，（3）：33-35
[6] Cheng Y L， Yuan J. On structured fault tree construction by modularizing control loop[J]. Reliability Engineering System Safety. 2000， （67）： 161～173
作者简介：
吴蔚峰（1985-），男，福建省永定人，本科，主要研究方向：电气及其自动化设计。