專利名稱：一種電梯轎廂運行狀態監測系統及方法
技術領域：
本發明涉及特種機電設備的運行狀態監測，尤其涉及一種電梯轎廂運行狀態監測系統及方法。
背景技術：
電梯的安全運行事關公共安全，一直是電梯行業關注的重點。近年來，我國電梯保有量迅猛增加。2011年全國電梯保有量已超過160萬臺，預計在未來10年保持每年15%的遞速。資料統計顯示，近年來，全國范圍內電梯困人的事故越來越多，存在著嚴重的安全隱患。電梯的安全運行受到廣泛關注。
目前，電梯的安全保障主要以被動安全技術手段為主，即質監部門的定期檢驗和維保單位的定期維修保養。在電梯故障發生后，維保人員趕赴現場進行故障的排查、診斷以及后續的故障應對措施的傳統的被動安全技術手段，已經越來越凸現弊端。資料統計顯示，全國范圍內電梯困人的事故頻率越來越高，存在著嚴重的安全隱患。隨著電梯使用頻率的增加、新技術的不斷發展和應用等原因，社會對于電梯安全的要求不斷提高，電梯安全監測水平亟待提高。目前，電梯安全監測技術存在監測技術被動、信息化程度低、實時性差、檢驗和維保人員不足等問題，檢驗能力無法滿足電梯數量迅速增長的需要。在電梯數量龐大、維護管理人手緊缺的狀態下，如何及時發現電梯故障并采取有效的措施加以處理，成為電梯監管部門和維護保養單位遇到的共同挑戰。電梯實時運行狀態監測新方法，通過采用新傳感技術、移動通信技術、信息處理技術和智能識別技術，旨在對電梯的實時運行狀態進行監測，以便預測或及時發現故障并進行快速故障排除。相關數據不僅可開展電梯安全和風險評估等，還可為安全事故分析、處理提供客觀依據。
發明內容
為解決上述中存在的問題與缺陷，本發明提供了一種電梯轎廂運行狀態監測系統及方法。所述技術方案如下一種電梯轎廂運行狀態監測系統，包括轎廂運行狀態智能傳感單元、信號采集與處理單元及無線通信單元，所述轎廂運行狀態智能傳感單元，用于感測轎廂加速度和/或感測轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離；信號采集與處理單元，用于采集轎廂加速度信號和/或轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離信號，經狀態解算和處理獲得轎廂實時運行狀態參數，并根據所述實時運行狀態參數進行智能監測算法和智能識別算法獲得電梯轎廂的實時運行狀態。一種電梯轎廂運行狀態監測方法，包括A感測轎廂的加速度和/或感測轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離；B采集轎廂加速度信號和/或轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離信號，經解算和處理獲得轎廂實時運行狀態 參數，并根據所述實時運行狀態參數進行智能監測算法和智能識別算法，獲得電梯轎廂的實時運行狀態。本發明提供的技術方案的有益效果是I、改變以往電梯定期檢驗、被動非實時監測的方式為主動、實時狀態監測方式；2、電梯轎廂運行狀態智能監測系統對電梯轎廂運行狀態監測參數包括轎廂的三維加速度、相對于固定參考系的位置、加加速度、速度、移動距離和振動幅度等。對上述參數進行智能監測、識別和評估，可判斷電梯實時運行方向(上行、停止和下行)、實時平層樓層數和是否超速運行等；3、可獲得電梯轎廂實時平層樓層數或距離某一樓層正常平層位置的距離，智能識別電梯故障停梯和檢修狀態運行；4、可評價電梯的舒適度，評估電梯風險和故障預警等。
圖I是轎廂運行狀態智能監測系統結構示意圖；圖2是電梯運行狀態監測方法流程圖；圖3是安裝于轎廂頂部的轎廂運行狀態監測裝置為例示意本發明的系統的安裝和原理示意圖；圖4a、4b和4c是轎廂運行狀態智能監測系統監測轎廂運行過程中的三個方向實時加速度；圖5a、5b和5c是轎廂運行狀態智能監測系統監測轎廂運行過程中垂直方向的加加速度、速度和相對固定參考系的距離變化曲線；圖6是轎廂在圖5運行過程中運行狀態變化狀況圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述參見圖1，轎廂運行狀態智能監測系統結構，該轎廂運行狀態智能監測系統安裝于轎廂上，包括轎廂運行狀態智能傳感單元、信號采集與處理單元及無線通信單元，所述轎廂運行狀態智能傳感單元，用于感測轎廂加速度和/或感測轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離；信號采集與處理單元，用于采集轎廂加速度信號和/或轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離信號，經解算和處理獲得轎廂實時運行狀態參數，并根據所述實時運行狀態參數進行智能監測算法和智能識別算法獲得電梯轎廂的實時運行狀態。所述轎廂運行狀態智能傳感單元包括加速度傳感器和/或測距傳感器，所述加速度傳感器，用于感知電梯轎廂三維加速度中的至少一個方向上的加速度，所述三維加速度為水平面X方向加速度、水平面Y方向加速度和垂直向上Z方向加速度；測距傳感器，用于感測轎廂在井道中相對于某一參考面或參考點的相對距離。將上述轎廂運行狀態智能傳感單元感測并輸出的加速度信號進行信號調理、采集、數字化、溫度補償、插值解算和信息融合獲得電梯轎廂實時加速度；和/或
根據感測轎廂在井道中相對于某一參考面或參考點的相對距離，經信號采集和坐標變換獲得轎廂相對于固定參考系的實時位置。上述測距傳感器用聲波、激光輻射、無線射頻中的一種，來測量轎廂相對某一參考面或參考點的相對距離；所述轎廂實時運行狀態參數包括轎廂的實時加速度、實時加加速度、實時速度、某一段時間內的移動距離、相對于參考系的實時位置和振動幅度。根據上述轎廂實時運行狀態參數進行智能監測算法，獲得電梯轎廂的實時運行狀態；所述實時運行狀態包括電梯實時運行方向、電梯是否超速運行、電梯是否準確平層、實時平層樓層數、不能正常平層時距離某一正常平層樓層位置的距離；根據轎廂實時運行狀態參數進行智能識別算法，識別出電梯故障停機、正常運行狀態和檢修運行狀態；根據所述轎廂實時運行狀態參數進行智能監測算法和智能識別算法獲得的實時運行狀態和識別結果進行智能評估算法，評估電梯風險及預警、故障告警和評價舒適度。 上述監測系統還包括電源、遠程監測中心和監管或維保人員移動終端。實時監測結果可通過無線通信單元與監控中心、電梯使用單位管理員、電梯維護保養員和監管部門進行通信，以便及時獲知轎廂運行狀態和處理突發狀況，記錄電梯的運行狀態，同時為事故分析、風險評估提供依據。上述信號采集與處理單元包含信號調理模塊、信號采集模塊、微處理器、實時時鐘和存儲器；無線通信單元包含無線通信模塊，如GPRS通信模塊用于與遠程監測中心和監管或維保人員的移動終端進行無線通信。本實施例還展示了電梯運行狀態監測方法，該方法包括感測轎廂的加速度和/或感測轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離；采集轎廂加速度信號和/或轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離信號，經解算和處理獲得轎廂實時運行狀態參數，并根據所述實時運行狀態參數進行智能監測算法和智能識別算法，獲得電梯轎廂的實時運行狀態。如圖2所示，電梯運行狀態監測方法流程具體包括步驟101感知轎廂的加速度和/或轎廂與某一參考點或參考面的距離；轎廂的加速度通過智能傳感單元感知，轎廂與某一參考點或參考面的距離通過測距傳感器感知(如轎廂與井道頂部的相對距離)；其中加速度是轎廂三維方向加速度中的至少一個，三維加速度包括垂直加速度、水平面X方向加速度和水平面I方向加速度。步驟102將轎廂的加速度信號進行采集、數字化、溫度補償和插值計算獲得三維傳感器的加速度值和/或對測量的轎廂與某一參考點或參考面(如井道頂部)的距離信號的采集和坐標變換得到轎廂相對于固定參考系的位置(步驟103)；上述轎廂運行狀態智能傳感單元加速度傳感器輸出的加速度信號包括垂直Z方向、水平X方向、水平Y方向的加速度和加速度傳感器周圍的環境溫度，這些信號經采集轉化成數字信號，再經溫度補償處理得到更精確的三維加速度值(步驟104)。可以將井道頂部作為參考系(如圖3中的參考系Z’，原點設在井道頂部)獲得轎廂在井道中的位置。為了實時得知轎廂所處樓層數，還可以將參考系的原點設置在電梯的第一層所處位置(如圖3中的參考系V,,原點設在第一層正常平層樓層上)，這一參考系可認為是轎廂參考系。設第一層平層時智能傳感單元與參考系的位移為S = 0，且此時智能傳感單元距離井道頂部的距離為DO。當某一時刻智能傳感單元與井道頂部的距離為DtJiJ其與轎廂參考系的位移為S = DO-Dt得到轎廂相對于固定參考系的位置(步驟105)，該位置信息可用于判斷轎廂所處樓層數，上述可以概括如下比如當轎廂相對于所選轎廂參考系的距離為O時即認為轎廂處于第一層，因為選取了第一層平層位置作為該參考系的原點；假設樓層間距為3米，某一時刻，轎廂距離轎廂參考系的距離為3米，即認為轎廂處于第二層，依此類推。步驟106根據三維加速度和/或轎廂相對固定參考系位置信息，經數據融合、運行狀態解算得運行狀態各個監測參數；由于智能傳感單元測距傳感器的數據輸出頻率和精度往往較低，而加速度傳感器的輸出頻率相對較高。為了實時跟蹤電梯運行狀態，將由步驟105和步驟104的結果進行運行狀態解算并進行數據融合以獲得電梯運行狀態各個監測參數。運行狀態解算過程包括實時加速度重力加速度信號通常耦合到加速度傳感器測得的加速度值中，需要將測得的加速度值進行解耦，獲得電梯轎廂的實時加速度。設重力加速度方向與Z軸夾角為Θ，則在智能傳感模塊安裝后靜止條件下，Z軸的輸出值Fztl = geos Θ，轎廂在運動過程中，設某一時 刻Z軸的加速度值為Fzt，則轎廂的實時加速度為ai = (Fzt-Fzo) /cos θ實時加加速度實時加速度的變化率，即沖)=，離散加速度信號
atm = 手=a(k + 1)-a(k)；
(A: +1) - A實時速度在某一開始時刻的速度為V。，到時刻t時實時速度為v(0 = V0 + I a(t)；某一段時間內的移動距離實時速度進行積分運算<0 = ^o + IKO ；振動幅度從加速啟動運行到減速制動的過程的加速度峰峰值Amax = amax_amin ；相對于固定參考系的實時位置轎廂相對于固定參考系的實時位置求解公式S =SfSd，其中Stl為電梯轎廂某一靜止平層時刻測得的轎廂相對于固定參考系的位置，s0_t為電梯轎廂從O至t時刻這段時間內的移動距離。上述運行狀態解算獲得運行狀態各個監測參數，包括實時加速度、實時加加速度、實時速度、某一段時間內的移動距離、相對于參考系的實時位置和振動幅度(步驟107)，對上述參數中至少一種參數進行智能監測、識別和評估，可判斷電梯實時運行方向(上行、平層和下行)和是否超速運行；獲得電梯實時平層樓層或不能正常平層時距離某一平層樓層正常平層位置的距離；智能識別電梯正常運行、故障停機和檢修運行等三種運行狀態；評價電梯的舒適度；評估電梯風險和故障預警。在某段時間內，加速度值的積分值和測距傳感器測得的位移變化量這兩個數值的數據融合，可用于判斷電梯轎廂距離固定參考系的更加準確位置，并可用于兩種傳感器的診斷。步驟108根據轎廂運行狀態各個監測參數進行智能監測算法，獲得電梯實時運行狀態及識別故障停機和運行模式；
電梯轎廂距離固定參考系的實時位置信息經查表(轎廂相對該固定參考系的位置與平層樓層的對應關系)后，計算獲得電梯實時平層樓層位置或距離某一樓層正常平層位置的距離；如2層和3層到固定參考系的正常平層距離為11. 20m和8. 00m，則某一時刻電梯實時靜止平層距離固定參考系的距離為8. 01m，考慮到測量誤差為±0. 01m，則認為電梯處于2層正常平層。實時加速度、實時加加速度、實時速度、某一段時間內的移動距離、相對于參考系的實時位置等信息的判斷獲得電梯實時運行方向(上行、停止和下行)和是否超速運行；其中，轎廂與井道頂部的距離變小則電梯上行，距離不變則電梯停止，距離變大則電梯下行，實時速度超過預先設置的閾值則電梯超速運行。獲得電梯實時平層樓層位置或距離某一樓層正常平層位置的距離(步驟110)。步驟109根據轎廂運行狀態各個監測參數進行智能識別算法，獲得電梯實時運行狀態及識別故障停機和運行模式；智能識別算法包括以下幾個步驟 ①電梯正常運行、故障停機和檢修運行狀態的學習系統初始安裝后，需要對電梯正常運行、故障停機和檢修運行等狀態的學習，采集上述運行狀態的時域波形，分別為Z' M = f(K)K = I, 2, 3-Nan5Zbd = f(K)K = 1,2,3-Nbd ；zmt = f (K)K = I, 2, 3…Nmt。并從運行狀態各個監測參數中提取狀態特征,包括從靜止(平層)到勻速運動的加速時間長度TAan、TAbd, TAmt,從勻速運動到靜止(平層)的制動時間長度TBan、TBbd、TBmt，勻速運動速度VAN、VBD、VMT，最大加速度AmAmAm電梯轎廂在任意一層正常平層距離固定參考系的實時位置Sk (K =隊…1，2，3吣4)等，并將狀態特征存儲到非易失性存儲器中。②實時監測狀態特征實時監測電梯轎廂的狀態，主要監測與狀態特征相關的電梯轎廂運行狀態量，如從靜止(平層)到勻速運動的加速時間長度，從勻速運動到靜止(平層)的制動時間長度，勻速運動速度，最大加速度，電梯轎廂在任意一層正常平層距離固定參考系的實時位置等。③識別電梯正常運行、故障停機和檢修運行狀態根據實時狀態特征監測結果，與經過學習的電梯正常運行、故障停機和檢修運行狀態特征進行匹配，識別電梯正常運行、故障停機和檢修運行等狀態。如電梯轎廂經過一個從靜止(平層)到勻速運動、勻速運行、從勻速運動到靜止(平層)的過程中，靜止(平層)到勻速運動的加速時間、勻速運行速度、從勻速運動到靜止(平層)的制動時間和前后靜止(平層)位置與固定參考系的實時位置等狀態數據與之前學習得到的電梯正常運行狀態特征相近或匹配，則識別結果為電梯經歷了一個正常運行過程。其他電梯運行狀態識別方法與正常運行狀態識別類似(步驟112)。步驟111根據電梯實時運行狀態及識別故障停機和運行模式進行智能評估算法。智能評估算法根據電梯轎廂實時運行狀態、監測數據，進過邏輯判斷、預測，估計電梯出現或可能出現哪些故障，為檢修、維保提供支持。步驟113通過智能評估算法對電梯轎廂的風險評估及預警、故障告警及舒適度評價；如果故障停機時電梯轎廂處于非正常平層位置，則判斷認為平層傳感器可能出現故障；根據加加速度、加速度是否超出設定閾值評價電梯舒適度；根據振動幅度是否超出設定閾值，預測導軌、導向槽等是否形變過大；根據智能識別算法識別的電梯運行狀態，決策決定是否發送無線告警信息；當出現故障停機時，向監測中心、維保人員、電梯使用單位管理員發送告警信息；對故障信息的統計分析得到電梯故障率(某一統計周期內，如一年，電梯故障率=(電梯故障次數/電梯運行次數)X100% )評估電梯的安全等級；如果故障率低于正常故障率、處于正常故障率、較大于正常故障率和明顯大于正常故障； 根據檢修運行狀態識別結果，經過統計分析，如一個月內出現檢修次數、一年內出現檢修運行的次數等的統計評價電梯的維保頻率和維保情況。如圖3所示，為轎廂運行狀態監測系統安裝于轎廂頂部為例示意本發明的系統的安裝和原理，將電梯運行狀態監測裝置固定安裝于井道中的轎廂頂部，電梯運行狀態監測裝置內包含加速度傳感器和/或測距傳感器，加速度傳感器感測轎廂實時加速度；測距傳感器可以是聲波、激光輻射、無線射頻中的至少一種方式測量轎廂與井道某一固定平面的距離，即轎廂與井道頂部的距離。參見圖4a、4b和4c，分別示出利用電梯轎廂運行狀態監測的方法及轎廂運行狀態智能監測系統硬件監測某一轎廂從二樓上升到十樓過程中轎廂的三個方向實時加速度。參見圖5a、5b和5c，分別示出利用電梯轎廂運行狀態監測的方法及轎廂運行狀態智能監測系統硬件監測的某一轎廂從二樓上升到十樓過程中轎廂的垂直方向的加加速度、速度和相對固定參考系(以電梯在第二層正常平層位置作為參考系原點，正方向向上)的距離變化曲線；參見圖6，是轎廂在圖5a、5b和5c所描述的運行過程中運行狀態變化情況。以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種電梯轎廂運行狀態監測系統，其特征在于，所述系統包括轎廂運行狀態智能傳感單元、信號采集與處理單元及無線通信單元，所述 轎廂運行狀態智能傳感單元，用于感測轎廂加速度和/或感測轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離； 信號采集與處理單元，用于采集轎廂加速度信號和/或轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離信號，經狀態解算和處理獲得轎廂實時運行狀態參數，并根據所述實時運行狀態參數進行智能監測算法和智能識別算法獲得電梯轎廂的實時運行狀態。
2.根據權利要求I所述的電梯轎廂運行狀態監測系統，其特征在于，所述轎廂運行狀態智能傳感單元包括加速度傳感器和/或測距傳感器，所述 加速度傳感器，用于感知電梯轎廂三維加速度中的至少一個方向上的加速度，所述三維加速度為水平面X方向加速度、水平面Y方向加速度和垂直向上Z方向加速度； 測距傳感器，用于感測轎廂在井道中相對于某一參考面或參考點的相對距離。
3.根據權利要求I或2所述的電梯轎廂運行狀態監測系統，其特征在于，所述轎廂運行狀態智能傳感單元固定安裝于電梯轎廂上，設置在轎廂的頂部、底部或者與電梯轎廂固定連接的其它位置。
4.根據權利要求I所述的電梯轎廂運行狀態監測系統，其特征在于，將所述轎廂運行狀態智能傳感單元感測并輸出的加速度信號進行信號調理、采集、數字化、溫度補償、插值解算和息融合獲得電梯轎廂實時加速度；和/或 根據感測轎廂在井道中相對于某一參考面或參考點的相對距離，經信號采集和坐標變換獲得轎廂在井道中相對于固定參考系的實時位置。
5.根據權利要求I或2所述的電梯轎廂運行狀態監測系統，所述轎廂實時運行狀態參數包括轎廂的實時加速度、實時加加速度、實時速度、某一段時間內的移動距離、相對于參考系的實時位置和振動幅度；所述測距傳感器用聲波、激光輻射、無線射頻中的一種，來測量轎廂相對某一參考面或參考點的相對距離。
6.根據權利要求I或5所述的電梯轎廂運行狀態監測系統，其特征在于，根據所述轎廂實時運行狀態參數進行智能監測算法，獲得電梯轎廂的實時運行狀態；所述實時運行狀態包括電梯實時運行方向、電梯是否超速運行、電梯是否準確平層、實時平層樓層數、不能正常平層時距離某一正常平層樓層位置的距離； 根據轎廂實時運行狀態參數進行智能識別算法，識別出電梯故障停機、正常運行狀態和檢修運行狀態； 根據所述轎廂實時運行狀態參數進行智能監測算法和智能識別算法獲得的實時運行狀態和識別結果進行智能評估算法，評估電梯風險及預警、故障告警和評價舒適度。
7.一種電梯轎廂運行狀態監測方法，其特征在于，所述方法包括 A感測轎廂的加速度和/或感測轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離； B采集轎廂加速度信號和/或轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離信號，經狀態解算和處理獲得轎廂實時運行狀態參數，并根據所述實時運行狀態參數進行智能監測算法和智能識別算法，獲得電梯轎廂的實時運行狀態。
8.根據權利要求7所述的電梯轎廂運行狀態監測方法，其特征在于，所述步驟A具體包括將所述加速度信號進行信號調理、采集、數字化、溫度補償、插值解算和信息融合獲得電梯轎廂實時加速度；和/或 根據感測轎廂在井道中相對于某一參考面或參考點的相對距離，經信號采集和坐標變換獲得轎廂在井道中相對于固定參考系的實時位置。
9.根據權利要求7所述的電梯轎廂運行狀態監測方法，其特征在于，所述加速度為三維加速度；所述步驟B具體包括 根據三維加速度和轎廂在井道中相對于某一參考面或參考點的相對距離，經數據融合、運行狀態解算獲得轎廂實時運行狀態監測參數，并根據所述監測參數進行智能監測算法和智能識別算法獲得電梯轎廂的實時運行狀態。
10.根據權利要求所述的電梯轎廂運行狀態監測方法，其特征在于，所述轎廂實時運行狀態監測參數包括轎廂的實時加速度、實時加加速度、實時速度、某一段時間內的移動距離、相對于參考系的實時位置和振動幅度； 根據所述轎廂實時運行狀態參數進行智能監測算法，獲得電梯轎廂的實時運行狀態；所述實時運行狀態包括電梯實時運行方向、電梯是否超速運行、電梯是否準確平層、實時平層樓層數、不能正常平層時距離某一平層樓層正常平層位置的距離等； 根據轎廂實時運行狀態參數進行智能識別算法，識別出電梯故障停機、正常運行狀態和檢修運行狀態； 根據所述轎廂實時運行狀態參數進行智能監測算法和智能識別算法獲得的實時運行狀態和識別結果進行智能評估算法，評估電梯風險及預警、故障告警和評價舒適度。
全文摘要
本發明公開了一種電梯轎廂運行狀態監測系統及方法，所述系統包括轎廂運行狀態智能傳感單元、信號采集與處理單元及無線通信單元。所述方法包括感測轎廂的加速度和/或感測轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離；采集轎廂加速度信號和/或轎廂在井道中相對于某一固定參考系的距離信號，經狀態解算和處理獲得轎廂實時運行狀態參數，并根據所述實時運行狀態參數進行智能監測算法和智能識別算法，獲得電梯轎廂的實時運行狀態。本發明通過智能監測、識別和評估，可判斷電梯實時運行方向(上行、停止和下行)和是否超速運行；可獲得電梯轎廂實時平層樓層數或距離某一樓層正常平層位置的距離，智能識別電梯故障停梯和檢修狀態運行；可評價電梯的舒適度，評估電梯風險和故障預警等。
文檔編號B66B5/00GK102633173SQ20121013539
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月4日 優先權日2012年5月4日
發明者林創魯 申請人:林創魯