CN101023017A - 测定电梯轿厢止动精度的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测定电梯轿厢止动精度的状况监测方法和相应的系统。在此发明中，为每一楼层定义了门区，在电梯轿厢上安装了门区检测器，电梯轿厢朝向目的楼层移动，电梯轿厢的加速度值在其朝向目的楼层行进期间借助于装接到电梯轿厢的加速度传感器测定，以及已停止的电梯距离门区边缘的距离根据测得的加速度值计算。

Description

测定电梯轿厢止动精度的方法和系统

技术领域

本发明涉及电梯系统。特别是，本发明涉及用于状况监测的测定电梯轿厢止动精度的方法和系统。

背景技术

对于电梯系统的实际运作来说，重要的是，电梯轿厢应当停止在某一楼层的所需位置上。换句话说，电梯轿厢的止动精度必须在一定的允差之内。显然，如果电梯轿厢的底板留在楼层高度的比如15cm以上，则止动的控制出了毛病。

在新型电梯系统中，电梯控制系统一般包括集成式定位系统。这允许监测电梯轿厢的止动精度，并且如果需要，还可能根据累积的止动精度数据予以校正。不过，并非所有的电梯系统都具有用于监测电梯止动精度的集成系统。

基于止动精度的监测，有可能控制比如用以使电梯轿厢减速的制动器的状况和轿厢称量装置的运作。制动器的不良运作自然会导致电梯轿厢止动的不精确。

在现有技术中，电梯轿厢的止动精度还一直是利用比如磁区予以确定的。磁区是一个几厘米大小的区域，电梯轿厢在正常情势下应当停止在此区域之内。利用磁区的测定结果只表明电梯轿厢是否停止在该区域之内。因此，磁区测定结果不能给出关于止动精度的任何精确信息。在其他测定止动精度的方法中，比如各种检测器用以表明电梯轿厢停止所在的位置。采用检测器的问题是，它们很难安装在精确的位置上。如果检测器没有精确地安装在正确的位置，则电梯轿厢止动精度的测定结果就不再精确了。

自然，为使测定电梯轿厢止动精度成为可能，能够精确测定电梯轿厢止动精度的解决方案可以设置在电梯轿厢中，在电梯井中和/或机房中。不过，这些解决方案很昂贵，而且在其价格/质量比方面不宜于大批生产。

有可能通过例如首先将加速度积分为速度而后将速度积分为位置而从加速度数据算出电梯轿厢的位置。问题是，积分对于偏差型误差是很敏感的，因为在整个积分循环上，误差将会累积。尤其是在重积分方面，标准误差成平方地增大。

∫∫a₀dt²＝a₀t²    (1)

其中a₀是加速度测定结果的偏差项。加速度传感器决不能安装在完全平直的位置上，而且与此同时，由于轿厢负荷，加速度传感器总是稍有偏斜。此外，电路的传感器-放大器-A/D变换器的重新电气调定绝不会完全没有误差。由于上述各种原因，轿厢的铅直加速度测定结果总是包含常数项a₀＝a_m+a_e+n，其中a_m是由各种机械因素造成的定常误差，a_e是电路的重新调定误差，以及n是测定噪声。常数项a₀累积到按照方程(1)的位置测定结果中。平均测定噪声是零并且其影响消失在积分过程之中。出自倾斜误差的常数项是

a_m＝(1-cosα)·g    (2)

其中α是与水平面的倾斜角度，而g是地球的重力加速度9.81m/s²。如果电梯采用比如4.5s的时间行走在连续的楼层之间(电梯速度1m/s，加速度0.8m/s²，楼层距离3.2m)，则按照方程(1)和(2)，比如2-5度的倾斜误差导致按照加速度测定结果积分而得位置中大约10cm的误差。这种精度对于监测止动精度来说是不够的。

在现有的不带精确定位系统的电梯中，没有充分精确的系统用于监测电梯的止动精度。在几十年期间，有成十成百个电梯厂家和因而甚至更多的不同电梯型号。为此，在电梯方面出现了多种多样的电气和机械设施。

以上提及一种实施为磁区的、电梯应当停止在其中的止动窗孔。止动窗孔的允差可在装设期间机械调节，而窗孔的宽度取决于电梯驱动的实施状况。在其中已知电梯具有不良止动特性的简单实施状况中，止动窗孔做得较宽。在采用倒相器和速度测定并在其中止动精度应当本质上较好的最现代化驱动的情况下，窗孔则设定为较小的宽度。

机械方面的基本调节和随后的止动窗孔的调节/修改是一项耗时和困难的任务。此外，在当前的状况监测系统中，部分系统一般安放在轿厢顶部(止动精度数据)而一些信号获自电梯面板(起动指令ON/OFF，以表明电梯是否在运动)。不过，分布式设施涉及的问题是：

-连接到电梯控制面板和在其中找到正确的信号并连接到它们，以及

-对于机房中和轿厢顶部的各装置之间的数据传输，必须装设额外的轿厢电缆。

基于以上情况，在现有电梯的当前的状况监测系统中存在相当多的缺点，尤其是在测定和监测止动精度方面。

发明内容

本发明的目的是披露一种用于测定电梯轿厢止动精度的方法和系统，此方法和系统还将解决上述各种问题。本发明的基本想法是利用电梯运作循环的静置至静置性质以便标定测定结果，以及使得计算距离所需的易生误差的加速度重积分尽可能地简略。

关于本发明的各项特点，可以参照权利要求。

本发明涉及一种用于测定电梯轿厢止动精度的状况监测方法。在根据本发明的方法中，为每一楼层定义了门区，门区检测器安装在电梯轿厢上，电梯轿厢朝向目的楼层运动，电梯轿厢的加速度值在朝向目的楼层行进期间借助于装接到电梯的加速度传感器测定，以及已停止的电梯到门区边缘的距离根据测得的加速度值计算。

在本发明的实施例中，电梯轿厢的最终计算速度根据测得的加速度值算出，所述加速度值在从电梯轿厢出发到其回返到位的时间跨度期间测出，平均加速度误差从最终计算速度算出，校正的加速度值利用平均加速度误差算出，以及电梯轿厢的停止位置到门区边缘的距离根据相关的加速度值算出。

在本发明的实施例中，电梯轿厢的出发和停止从由加速度传感器测出的加速度值中检测。

在本发明的实施例中，由装接于电梯轿厢的加速度传感器测出的加速度值在从电梯轿厢通过门区边缘的时刻起到轿厢停止为止被贮存在数据缓冲寄存装置之内，而校正的加速度值在计算平均加速度误差之后贮存在数据缓冲寄存装置之内。

在本发明的实施例中，根据校正的加速度值，电梯轿厢的门区速度在电梯轿厢通过门区边缘的时刻处被算出，并且，根据算出的门区速度算出已停止的电梯轿厢到门区边缘的距离。

在本发明的实施例中，相对于门区的停机重现予以监测。

在本发明的实施例中，电梯轿厢距离门区边缘的停止距离的计算结果通过有线或无线连接传输到状况监测系统。

本发明还涉及一种用于测定电梯轿厢止动精度的状况监测系统。本发明的系统包括至少一部电梯，楼层特定的门区，电梯轿厢上的门区检测器，配置得在电梯轿厢朝向目的楼层行进期间测定电梯轿厢加速度值的加速度传感器，以及用于根据测得的加速度值计算电梯到门区边缘的距离的计算装置100。

在本发明的实施例中，计算装置配置得根据测得的加速度值计算电梯轿厢的最终计算速度，所述加速度值在从电梯轿厢出发到其回停到位的时间跨度期间测得；利用最终计算速度计算平均加速度误差；利用平均加速度误差计算校正过的加速度值；以及，根据校正的加速度值计算电梯轿厢的停止位置到门区边缘的距离。

在本发明的实施例中，计算装置配置得可从由加速度传感器测得的加速度值检测电梯轿厢的出发和停止。

在本发明的实施例中，此系统还包括数据缓冲寄存装置，用于贮存从电梯轿厢通过门区边缘的时刻直至电梯轿厢停止为止由装接于电梯轿厢的加速度传感器测得的加速度值，并用于在计算平均加速度误差之后贮存校正的加速度值。

在本发明的实施例中，计算装置配置得根据校正的加速度值计算在电梯轿厢通过门区边缘的时刻的电梯轿厢的门区速度，并根据算出的门区速度计算已停止的电梯轿厢距离门区边缘的距离。

在本发明的实施例中，计算装置配置得可监测相对于门区边缘的停机重现。

在本发明的实施例中，此系统还包括传输器，其配置得可通过有线或无线连接将电梯轿厢距离门区边缘的停止距离的计算结果传输到状况监测系统。

本发明与现有技术相比具有若干优点。本发明的解决方案对于电梯的状况监测是足够精确的。此外，本发明系统的基本部件(加速度传感器，电梯轿厢上的和用于楼层特定的门区的门区检测器)简单而便宜。

本发明还具有以下优点，即系统的基本部件(加速度传感器，电梯轿厢上的和用于楼层特定门区的门区检测器)可以容易和快速装设使用。由于本发明不涉及测定电梯轿厢的绝对位置/距离，所以各楼层特定门区不必需位于具有某种绝对精度的特定位置。此外，加速度传感器可以集成在状况监测装置的电路板上。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点，即本发明的系统是一种自学习系统，其可学习至某一参照点的距离。此外，距离频率的止动精度是从同样用于许多其他状况监测目的的加速度测定结果中获得的，这些目的是：轿厢在电梯井中的位置，乘行舒适性(垂直振动)，轿厢状态(比如，轿厢静止，正在加速，等等)的监测。

本发明还具有的优点是，披露的状况监测解决方案是与实际电梯控制系统完全分离的。本发明的解决方案不需要来自电梯控制面板的任何数据，因为在此解决方案中，电梯的起动指令是从加速度数据导出的。因此，本发明的解决方案不需要连接到机房中的控制面板，并因而也不需要额外的轿厢电缆。

此外，本发明的解决方案向门区边缘指明直线位置并且不用向事先以机械方式设定的止动窗孔指明ON/OFF型数据。可以在任何时候比如从维护中心改变警示界限。换句话说，为了改变各警示界限，根本不需要任何机械配置或调节。

附图说明

以下，将参照各实施范例详细说明本发明，其中

图1表示根据本发明的电梯系统；

图2是曲线，表示了电梯轿厢行走期间的加速度和速度曲线；

图3是曲线，表示了经过校正的加速度和速度曲线；

图4是曲线，表示了经过校正的加速度曲线、计算出来的门区速度和电梯轿厢距离门区边缘的距离；

图5是曲线，表示了出自多次停机的测试行驶。

具体实施方式

图1表明根据本发明的电梯系统。由轿厢索10控制的电梯轿厢18沿着导轨12运动。加速度传感器16装设在电梯轿厢18上，用以测定电梯轿厢18的垂直加速度。加速度传感器16对于本发明实施例来说可以直接装设在电梯轿厢18上，或者备选地可以利用电梯轿厢上已经存在的加速度传感器来实现本发明。此外，计算装置100配置在电梯轿厢18上或其附近用于根据测得的加速度值计算电梯轿厢距离门区边缘的距离。计算装置100采用比如处理器和配置得与其连接的存储器或者完全经由软件予以实现。

在每一楼层，装设有指明门区14的装置或配置。门区14可以比如由上、下参照点予以标记。门区14的长度在两个方向上是比如15cm。检测门区14的装置可以由比如装在导轨上的传统的挠性磁铁组成。在此情况下，电梯轿厢18配有比如安装得可与电梯轿厢18一起运动的磁性开关102(“雪茄式开关”)。在另一实施例中，代替磁铁，使用反射表面作为门区14和使用一光学器件作为开关102。

如上所述，电梯轿厢18的垂直运动借助于加速度传感器16予以测定。所用传感器可以是经济但精确的MEMS(微机电式传感器)型的传感器，诸如那些比如由VTI Technologies(www.vti.fi)和Analog Devices(www.analog.com)生产的传感器。

电梯的运行顺序提供了在电梯正常运行期间标定加速度传感器16安装角度的可能性。标定可以基于电梯的速度在电梯轿厢运行循环的开始和结束处为零这一事实。在图2中，速度v已经从加速度测定结果中积分得出。在运行循环的结束处，当电梯轿厢速度为零时，积分得出的速度依然包含最终速度

${\tilde{v}}_e=v_0+\underset{0}{\overset{T}{\text{\∫}}}\tilde{a}\left(t\right)\mathrm{dt}=-0.191m/s$

其中V₀＝0是电梯在运行循环开始时的初始速度，而在运行循环期间消耗的时间是T＝9.3s。加速度

${\tilde{a}}_k=a_k+a_0---\left(3\right)$

从未停止的加速度

中取样，也包含测定结果的偏移误差(a₀)。

在本发明的实施例中，不必将达到所需目的楼层的全部很长的推移时间存入数据缓冲寄存装置100，而是积分可以在电梯行走期间以数字方式近似：比如，利用梯形公式，给出

${\tilde{v}}_k={\tilde{v}}_{k-1}+\frac{1}{2}({\tilde{a}}_k+{\tilde{a}}_{k-1})\mathrm{\Δt}---\left(4\right)$

其中k是样本编号，N是行程期间所取的样本个数，k＝1...N-1，Δt是各样本之间的时间间隔， ${\tilde{v}}_0=0$ 和 ${\tilde{v}}_e={\tilde{v}}_{N-1}.$ 利用梯形公式(4)所作的积分一次只需要一个样本

保持在存储器里。图3表明了由算出的偏移加速度

$a_k={\tilde{a}}_k-a_0---\left(5\right)$

予以校正的加速度和从中获得的速度分布图。如从图3可见，积分出的最终速度此时成为零。在本发明中，在最终应用中不需要进行速度的重新计算，而在此只是说明一下以澄清事实。

电梯轿厢抵达门区14之中可从参照开关的启动(在图3中，DZ＝1，(DZ，门区))看出。按照本发明的实施例，此时系统开始将测得的加速度样本存入状况监测装置的数据缓冲寄存装置100。存放一直进行比如直到电梯轿厢18已经停止为止。这之后，在行走期间，借助公式(4)算出最终计算速度。依据最终计算速度，可以算出在运行循环期间一直主导的平均偏移加速度：

$a_0=\frac{{\tilde{v}}_e-v_e}{T}=\frac{{\tilde{v}}_e-v_e}{N\·\mathrm{\Δt}}---\left(6\right)$

其中v_e＝0是在运行循环结束处的电梯轿厢18的实际最终速度，而T是由运行循环消耗的时间。存放在数据缓冲寄存装置100之中的加速度样本中包含的偏移误差然后借助公式(5)予以消除。在此范例的情况下，获得的平均偏移加速度是a₀＝-0.021m/s²。在此行动之后，数据缓冲寄存装置100包含许多经过校正的加速度值。如果样本是在大约1kHz的取样频率下提取的，则所需的数据缓冲寄存装置100的尺寸是大约3千样本。

在上述各步骤之后，状况监测装置的数据缓冲寄存装置100存放从电梯轿厢18进入门区14的瞬间开始直至电梯轿厢18停止的瞬间的经过校正的加速度测定结果。当电梯轿厢18到达门区14时，对其速度的了解不具有充分的精度，而对最终速度是精确了解的；电梯轿厢18已经停止之后的最终速度是零。此时有可能使情势逆转并且使用最终速度作为初始速度并开始沿着测得的加速度曲线在反向上积分。目的是要确定到达门区14时电梯的速度v_r，然后利用速度分布图来确定已停止的电梯轿厢到门区14边缘的距离s_r。图4表明了从经过校正的加速度测定结果和已停止的电梯轿厢18到门区14边缘的距离s_r确定出的电梯轿厢18的门区速度v_r。在图4的情况下，电梯轿厢18在它到达门区14时的速度v_r是0.343m/s，而停止位置到门区14边缘的距离是0.150m。

总之，本发明的解决方案可以用以监测相对于门区边缘的多次停机重现。

图5表明590次停机的实验结果。在这些结果中，电梯从第一层运动到第三层。电梯的实际停止位置通过精确的绝对传感器测定。垂直轴线表示由本方法计算出的距门区边缘的距离。门区传感器是光学传感器。适配于图5中的点集的是一回归直线y＝Ax+B。适配的结果是，系数A取得值0.973，换句话说，用此方法测得的一毫米实际上是1/0.973mm，相对误差因而是2.7％。

应当指出，在图5所示的结果中，电梯是从较低位置向给定的较高楼层运动的。在需要有关某一给定楼层处止动精度的更加全面的信息时，电梯是从下方和上方向给定楼层运动的，并且止动精度对每一方向是独立监测的。

本发明的状况监测系统还可以包括传输器104，其配置得经过有线或无线连接将算出的电梯轿厢18距离门区14边缘的停止距离的结果发送到状况监测系统。关于电梯轿厢在各个楼层处多次停机的累积信息比如周期性地由传输器发送。

本发明的方法和系统的特征在于披露在权利要求1和8特征部分中的内容。本发明其他实施例的特征在于披露在其他权利要求中的内容。发明实施例也表明在本申请的说明部分中。披露在本申请中的发明内容也可以以不同于以下权利要求中所述的其他方式予以确定。本发明内容也可以由若干单独的发明组成，尤其是，如果本发明是按照各显式的和隐式的子任务或关于所获得的优点或各组优点来予以考虑的话。在此情况下，包含在以下权利要求中的某些特性从单独的发明原理的角度来看可能是多余的。

对于本领域技术人员来说，本发明不限于其中本发明已经通过范例予以说明的上述实施例，但是本发明的不同实施例在确定于以下所示权利要求中的发明观念的范畴之内都是可能的。

Claims (14)

1.一种用于测定电梯轿厢止动精度的状况监测方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

为每一楼层定义门区；

在电梯轿厢上安装门区检测器；

使电梯轿厢朝向目的楼层运动；

借助于装接到电梯轿厢的加速度传感器测定电梯轿厢在其朝向目的楼层行进期间的加速度值；以及

根据测得的加速度值计算已停止的电梯距离门区边缘的距离。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

根据测得的加速度值计算电梯轿厢的最终计算速度，所述加速度值在从电梯轿厢出发到其回停到位的时间跨度期间测定；

利用最终计算速度计算平均加速度；

利用平均加速度误差计算校正的加速度值；以及

根据校正的加速度值计算电梯轿厢的停止位置距门区边缘的距离。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

从由加速度传感器测得的加速度值检测电梯轿厢的出发和停止。

4.按照权利要求1-3中任何一项所述的方法，其特征在于所述方法还包括以下步骤：

由装接于电梯轿厢的加速度传感器测得的加速度值在从电梯轿厢通过门区边缘的瞬间直至电梯轿厢停止为止被贮存在数据缓冲寄存装置之中；以及

校正的加速度值在计算平均加速度误差之后被存入数据缓冲寄存装置。

5.按照权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征在于所述方法还包括以下步骤：

根据校正的加速度值计算在电梯轿厢通过门区边缘的时刻处电梯轿厢的门区速度；以及

根据算出的门区速度计算已停止的电梯轿厢距门区边缘的距离。

6.按照权利要求1-5中任何一项所述的方法，其特征在于所述方法还包括以下步骤：

监测相对于门区边缘的停机重现。

7.按照权利要求1-6中任何一项所述的方法，其特征在于所述方法还包括以下步骤：

通过有线或无线连接将关于算出的、电梯轿厢距离门区边缘的停止距离的结果传输到状况监测系统。

8.一种用于测定电梯轿厢止动精度的状况监测系统，其特征在于所述系统包括：

至少一部电梯(18)；

楼层特定的门区(14)；

电梯轿厢(18)上的门区检测器(102)；

配置得在电梯轿厢(18)朝向目的楼层行进期间测定其加速度值的加速度传感器(16)；以及

用于根据测得的加速度值计算电梯轿厢距离门区(14)边缘的距离的计算装置(100)。

9.按照权利要求8所述的系统，其特征在于所述计算装置(100)配置得可以：

根据测得的加速度值计算电梯轿厢(18)的最终计算速度，所述加速度值从电梯轿厢出发到其回停到位的时间跨度期间测定；

利用最终计算速度计算平均加速度误差；

利用平均加速度误差计算校正的加速度值；以及

根据校正的加速度值，计算电梯轿厢(18)的停止位置距门区边缘的距离。

10.按照权利要求8或9所述的系统，其特征在于所述计算装置(100)配置得可从由加速度传感器(16)测得的加速度值检测电梯轿厢(18)的出发和停止。

11.按照前述权利要求8-10中任何一项所述的系统，其特征在于所述系统还包括数据缓冲寄存装置(100)，用于贮存从电梯轿厢(18)通过门区(14)边缘的时刻直至电梯轿厢(18)停止为止由装接于电梯轿厢(18)的加速度传感器(16)测得的加速度值和用于在计算平均加速度误差之后贮存校正的加速度值。

12.按照前述权利要求8-11中任何一项所述的系统，其特征在于所述计算装置(100)配置得可根据校正的加速度值计算在电梯轿厢(18)通过门区(14)边缘的时刻的电梯轿厢(18)的门区速度，和根据算出的门区速度计算电梯轿厢(18)距离门区(14)边缘的距离。

13.按照前述权利要求8-12中任何一项所述的系统，其特征在于所述计算装置(100)配置得可监测相对于门区(14)边缘的停机重现。

14.按照前述权利要求8-13中任何一项所述的系统，其特征在于所述系统还包括传输器(104)，其配置得可通过有线或无线连接将算出的有关电梯轿厢(18)距离门区(14)边缘的停止距离的结果传输到状况监测系统。

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