CN102134027A - 电梯故障检测与报警装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电梯故障检测与报警装置及其方法。它结构简单，使用方便，无需传感器等专门的电梯故障信息采集与报警装置，且把信号采集系统与报警系统一体化集成以实现电梯远程报警。它包括集成为一体的一个嵌入式计算机芯片、FPGA驱动模块、状态显示器、存储模块和无线通讯模块；其中，嵌入式计算机芯片与电梯的状态管理模块通信，采集电梯通讯信号线的通讯数据；嵌入式计算机芯片通过FPGA驱动模块与电梯的状态显示器连接；同时，嵌入式计算机芯片还分别与存储模块和无线通讯模块连接，无线通讯模块与远程服务器连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种电梯故障检测与报警的装置以及方法，可对电梯故障进行检测并实现电梯的远程报警。
背景技术
目前电梯故障检测、信号采集和远程报警装置是由各自独立、完全不相干的两大系统构成：
电梯故障信息的检测与报警方法通常采用现场传感器(包括检测单元或接近开关)来采集电梯故障信号，所述传感器连同其电子线路、相关结构件等构成一个采集电梯某部位故障信号的装置，此装置在电梯设备的控制系统、曳引机抱闸系统或安全电路、开关门电路等部位建立信号采集节点，采集到的信号通过物理连接线与另外单独设置的报警系统连接，以实现电梯的报警。
不难看出，上述现有技术中，需要在电梯设备之外增加许多装置(每个要采集的故障点需设置一个采集节点及其装置)，增加的装置需要另外提供电源、元器件等从而使得二次故障点多、不利于节能环保还使成本增加。尤其重要的是，现有技术的故障信息采集和处理要经过两个独立的装置或系统完成，这将增加信息检测的机会误差并由此可能延缓报警和救援时间。
另外，从现有电梯远程报警技术看(电梯远程监控报警相关现有技术参见申请人发表在《电梯工业》总第64期(2010年8月期)文章：电梯远程监控(管理)产品技术简介)，目前电梯的故障检测来自：(a)电梯控制系统生产厂家自己提供的远程报警装置因已知通讯协议，故可利用通讯协议开放之便利，与报警装置互通互联以实现故障信号的采集、处理和报警；(b)不能得到通讯协议的，则必须在电梯的运行装置处(如主机、安全回路、通讯回路、控制系统或开关门区等)增设另外的物理连接装置和检测单元，来采集电梯的故障信号。
可见，现有技术的电梯报警，其信号采集受制于电梯控制系统或运行装置。
现有技术的电梯报警装置在远程报警启动状态下，电梯轿厢显示装置不具备如下国家标准要求：
(a)《GB/T24475-2009电梯远程报警系统》(2010年3月1日实施)中4.1.4轿厢内的信息：“应有符合EN81-70：2003中5.4.4.3的视觉和听觉信号，通知乘客该报警已被确认”。
(b)国家标准GB/T24477-2009《适用于残障人员的电梯附加技术要求》中5.4.4.3：“报警装置应可发出视觉和听觉信号，。。。应由下列组成：a)一个黄色的发光象形图和听觉信号来表明紧急报警信号已发出。b)一个绿色的发光象形图和听觉信号来表明紧急报警已被登记”。该标准等同采用EN81-70：2003《电梯制造与安装安全规范客梯和客货梯特殊应用第70部分：包括残障人员使用的电梯的可接近性》。
报警装置的通常配置目前市场上的乘客电梯产品，其报警装置限于提供“五方对讲”(电梯五方对讲或称电梯五方通话，五方是指电梯对讲系统中的管理中心主机、电梯轿厢分机、电梯机房分机、电梯轿顶分机、电梯底部分机五方之间进行的通话。特种设备安全技术规范TGS T7001-2009《电梯监督检验和定期检验规则》中4.8(2)：“紧急报警装置采用对讲系统以便与救援服务持续联系”。电话五方对讲系统通常不能实现远程如城市间、电梯使用地点与制造地点的通讯)。限于在电梯设备周围(如小区范围内)报警，通常配置的装置无法实现远程报警。上述可知，目前电梯故障报警系统的信号采集与信号处理、报警各为独立设置的装置或系统。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种结构简单，节能，无需传感器等专门的电梯故障信息采集装置，且把信号采集系统与报警系统一体化集成以实现电梯远程报警的电梯故障检测与报警装置及其方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电梯故障检测与报警装置，它包括集成为一个系统的嵌入式计算机芯片、FPGA驱动模块、状态显示器、存储模块和无线通讯模块；其中，嵌入式计算机芯片与电梯的状态管理模块通信，采集电梯通讯信号线的通讯数据；嵌入式计算机芯片通过FPGA驱动模块与电梯的状态显示器连接；同时，嵌入式计算机芯片还分别与存储模块和无线通讯模块连接，无线通讯模块与远程服务器连接。
所述无线通讯模块为GPRS模块或3G模块或CDMA模块。
所述存储模块为FLASH存储器，型号MX25L1605DM21-12G，与嵌入式计算机芯片以SPR方式串行通讯。
所述嵌入式计算机芯片为32位ARM嵌入式指令集计算机芯片，型号为LPC11C14F。
所述嵌入式计算机芯片与电梯的状态管理模块通过CAN-BUS通讯总线通信。
一种电梯故障检测与报警装置的检测方法，电梯正常运行状态时，状态管理模块通过电梯设备本身的CAN通讯线接收来自该电梯的通讯信号，这时，电梯液晶显示屏按照预定的规则显示电梯楼层数字信息和运行方向箭头，运行方向箭头根据电梯的运行方向按设定的循环频次上或下连续滚动；
电梯出现故障且停在非开锁区域时(注：电梯故障停在开锁区域内，因轿厢地板与楼层地面的垂直距离小，一般人能够容易的出去，故电梯设计标准允许在此情况下，人员从轿厢内可以开门逃生。EN81-1：1998第3章定义，3.32条开锁区域指，(电梯)“停层地面上、下延伸的一段区域，在此区域内轿厢能使该层的层门开锁”。第7.7.1：(电梯)“在正常运行时，应不能打开层门，除非轿厢在该层门的开锁区域内已停止或在停站位置。开锁区域不应超过层站地面上下0.2m”。鉴于此，本发明以电梯故障且停在非开锁区域为报警启动的设计输入。另注：检修状态下，状态管理模块(软件)默认本系统为后台运行，再次转入正常后系统初始化)，箭头消失或停止滚动，经过设定的时钟周期后，嵌入式计算机芯片按照指令集进入报警控制，并调用FLASH存储器报警状态信息，启动报警状态，液晶显示界面转换为报警显示，在设定的时钟周期内，状态管理模块控制无线通讯模块向指定的终端发送报警短信，并开通语音通讯；
报警状态启动，采用不同的发光象形图分别表示报警信息已经发出和报警信息已经被登记，双向通讯启动；
报警状态在电梯恢复正常运行时结束，系统将自动转换为正常状态。
所述电梯液晶显示屏显示的信息包括：楼层数字显示、方向箭头，它们按每秒钟1周期循环滚动；以及时间、滚动字幕或图片、司机状态和称重信息的显示。
故障报警状态信息显示：符合国家标准GB/T24477-2009《适用于残障人员的电梯附加技术要求》中5.4.4.3：“报警装置应可发出视觉和听觉信号，。。。应由下列组成：a)一个黄色的发光象形图和听觉信号来表明紧急报警信号已发出。b)一个绿色的发光象形图和听觉信号来表明紧急报警已被登记”。
本发明集成了电梯正常运行状态和故障状态启动远程报警的2种显示功能，其通讯系统、控制系统和显示系统的软、硬件一体化设计：
(1)电梯正常运行状态：显示电梯运行的楼层数字和方向；
(2)电梯故障状态(困人时)：显示界面自动转换为救援状态。此状态可进行电梯的远程报警并持续救援信息的双向通讯；电梯恢复正常，自动转换为(1)状态。
本发明采用的技术方案包括：(1)嵌入式软件模块为主的控制系统；(2)32位ARM嵌入式指令集计算机为核心、FLASH存储器外扩以及外围电路构成的中央处理系统；(3)基于GPRS通讯方式的远程通讯系统；(4)以FPGA方式实现的LCD或OLED显示驱动系统。
其中，控制系统主要由显示模块、电梯状态(及故障)管理模块、远程无线通信模块组成。
显示模块支持在TFT-LCD或OLED液晶屏上绘制用户要求的人机界面(如数字、方向箭头、称重象形图、日期和时间、公共信息滚动条以及图形图片等)，模块融合了工业设计(工学、美学、经济学)与计算机图形学既有成果，在电梯发生故障时引导乘客行为，同时可提供不同风格的公共信息及广告发布。
电梯状态(及故障)管理模块根据电梯CAN通讯系统的数据信息接收处理异常数据，该模块采用计算机人工智能原理，建立电梯运行状态随机模型，在正常运行状态下后台运行，电梯发生故障可对所处的状态进行判断并根据指令集自动转为前台运行，控制远程通信系统实现故障报警。
无线远程通信模块基于GPRS通信硬件，可远程发送报警信息和接收外部传来的应答信息。在电梯故障时，以短信的方式分级别次第通知维修人、管理机构和厂家，以便及时开展救援。管理机构可建立相应的管理监控中心配备服务器及软件设施，与本装置系统实现互联互通。
报警显示与通讯终端装置设置在电梯轿厢内，与电梯正常运行的状态显示器为同一装置，通讯信号来自该电梯的同一物理信号源。
嵌入式计算机芯片与电梯状态(及故障)管理模块、GPRS远程无线通信模块、状态显示器连接：电梯状态管理模块检测来自电梯通讯系统的数据信息，控制显示模块在电梯正常运行状态时，显示楼层位置数字并以设定的时钟周期(根据电梯额定速度设计)滚动方向箭头，这时，程序为后台运行；当电梯发生故障停止在非开锁区域时，通讯数据传输停滞，箭头停止滚动，当箭头停止滚动超过1个时钟循环周期时，电梯状态管理模块中断后台运行启动前台程序，指令集控制GPRS远程通信模块工作，可远程发送报警信息和接收外部传来的应答信息，可以短信的方式分级别次第通知维修人、管理机构和厂家。管理机构可建立相应的管理监控中心配备服务器及软件设施，与本装置系统实现互联互通。
状态显示器可显示数字、方向箭头、称重象形图、日期时间、公共信息滚动字幕以及图形图片等，在电梯发生故障时可通过图形和语音提示引导乘客行为。
32位ARM指令集计算机为嵌入式计算机硬件处理器；FLASH存储器可以存储电梯正常运行时的各种信息和报警状态下的各种信息；FPGA现场可编程门阵列驱动模块为LCD显示驱动器；GPRS远程通讯模块实现无线远程通讯。
嵌入式计算机芯片在程序中查询每个事件是否发生，每个任务是否具备运行条件，如果是，则处理这个事件或执行这个任务，此时后台程序为电梯正常的运行状态。当有故障发生，控制板从后台运行状态(正常运行状态)跳转到中断运行状态，中断的打入表示某事件的发生。后台--任务级，前台--中断级。
在电梯正常状态下，电梯状态管理模块接收并处理集成在嵌入式计算机芯片中的CAN-BUS协议接口模块传递的指令信号，状态显示模块根据工作指令按照预定规则显示楼层数字、上下方向箭头、超载报警、检修状态等电梯应具备的显示功能；电梯故障且停在非开锁区域时，电梯状态管理模块检测通讯线通讯数据的异常信号，按照指令序列，启动前台程序，转入报警状态，嵌入式计算机芯片进行指定的运算和逻辑操作，控制状态显示器调用FLASH存储器内信息控制状态显示器显示界面转换为报警状态：一个黄色的发光象形图和听觉信号在LCD上出现。设定的时钟周期内，无线通讯模块通过GPRS公共通讯平台向指定的终端(维修组织、管理部门、制造厂商)发送报警信号。信号确认发出并收到后，一个绿色的发光象形图和听觉信号在LCD上出现(提示被困人员正在救援)。报警状态在电梯恢复正常运行时结束，这时电梯状态管理模块控制系统自动转换为正常状态。本装置利用电梯必备的12V停电应急电池在停电状态下能够连续工作1.5h。
本发明的有益效果是：
(1)电梯显示系统和报警系统一体化设计，解决了现有技术各自独立设置带来的装置复杂、故障点多、响应慢的问题。
(2)故障信号采集自电梯通讯线的数据变化，与电梯通讯信号为同一信息源，电梯正常运行和故障状态的信号阶段清晰，判断准确、响应时间快，克服了故障信号取自电梯安全回路和控制系统将涉及的缺陷：a)目前电梯厂商众多、通讯协议各异，如厂家不开放通讯协议，则故障信号采集较难实现，即便是开放协议，因电梯品牌众多，系统又各不相同，因此产品的工业化生产成本极高；b)如绕过电梯的通讯协议实现故障信号采集，则需要在电梯的所有故障点一一设置采集装置，硬件多，接线复杂且需另外增加供电电源，成本高、能耗浪费且故障机率大。
(3)嵌入式软件为主的模块控制方式，信号采集、通讯控制无需硬件设施以及相应的电源装置，大大降低了成本，简化了结构，节省了能源。
附图说明
图1为本发明的系统结构图。
图2为ARM处理器和外扩FLASH存储电气原理图。
图3为FPGA显示驱动电气原理图。
图4为电梯通讯电路图。
图5为本发明的工作流程图。
其中，1.嵌入式计算机芯，2.电梯的状态管理模块，3.FPGA驱动模块，4.状态显示器，5.存储模块，6.无线通讯模块，7.远程服务器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
图1、图2、图3、图4中，它包括一个嵌入式计算机芯片1，嵌入式计算机芯片1与电梯的状态管理模块2通信，采集电梯通讯信号线的通讯数据；嵌入式计算机芯片1通过FPGA驱动模块3与电梯的状态显示器4连接；同时，嵌入式计算机芯片1还分别与存储模块5和无线通讯模块6连接，无线通讯模块6与远程服务器7连接。
所述无线通讯模块6为GPRS模块或3G模块或CDMA模块。
所述存储模块5为FLASH存储器，型号MX25L1605DM21-12G，与嵌入式计算机芯片以SPR方式串行通讯。
所述嵌入式计算机芯片1为32位ARM嵌入式指令集计算机芯片，型号为LPC11C14F。
所述嵌入式计算机芯片1与电梯的状态管理模块2通过CAN-BUS通讯总线通信。
所述FPGA驱动模块3为FPGA现场可编程门阵列驱动模块型号为：MT310E16。
本发明中硬件系统及其外围电路一体化设计，软硬件系统全部集成在同一个系统中，实现本产品功能的所有的电子元器件、电力电子线路、计算机硬件、液晶显示屏和结构件全部被封装在同一个机械装置内。
本发明的工作步骤为：
电梯正常运行状态时，状态管理模块通过电梯的CAN通讯总线接收该电梯的运行信号，电梯液晶显示屏按照预定的规则显示电梯楼层数字信息和运行方向箭头，，运行方向箭头根据电梯的运行方向按设定的循环频次上或下连续滚动；
电梯出现故障且停在非开锁区域时，箭头消失或停止滚动，经过设定的时钟周期后，嵌入式计算机芯片按照指令集进入报警控制，并调用FLASH存储器报警状态信息，启动报警状态，液晶显示界面转换为报警显示，在设定的时钟周期内，无线通讯模块通过无线通讯模块向指定的终端发送报警短信，并开通语音通讯；
报警状态启动，采用不同的发光象形图分别表示报警信息已经发出和报警信息已经被登记，双向通讯启动；
报警状态在电梯恢复正常运行时结束，系统将自动转换为正常状态。
所述电梯液晶显示屏显示的信息包括：楼层数字显示、按设定周期循环滚动的上、下方向箭头，以及时间、滚动字幕或图片、司机状态和称重信息的显示。
本发明无需在电梯的故障点设置专门的信号检测装置如传感器或检测单元或开关即可实现电梯故障的远程报警，与之关联的装置把电梯故障信号采集系统和远程报警系统以及显示系统一体化集成设计，其中包括ARM计算机芯片、FLASH存储、FPGA显示驱动以及LCD或OLED显示终端，远程通讯采用GPRS分组交换无线通讯。
电梯故障的信号检测节点是电梯轿厢内(也包括候梯厅)操作装置显示终端(不限于LCD)上的电梯通讯信号输入端。
电梯故障信息利用电梯通讯信号线的通讯数据获得，不通过传感器(组)、电子器件检测单元或接近开关等设置在电梯故障节点现场的信号采集装置或系统。
电梯故障检测装置的信号检测采集系统与远程报警系统是一体化集成设计并设置而非各自独立设计并设置。该装置把电梯正常运行状态时显示屏(如LCD)的控制与驱动电路与该电梯远程报警状态时显示屏的控制与驱动电路集成设计，其特征在于，所述装置的计算机硬件和外围电路包括电子元器件被设计、集成在一套PCB电路板上。
电梯正常运行状态下的楼层数字和方向箭头显示与报警状态下的发光象形图在同一块LCD或OLED显示屏上显示。
图5为其实例的控制流程：如图所示，系统软件主要包括系统初始化、电梯运行故障判断及处理模块、自定义信息更新模块、电梯状态及信息显示模块、电梯状态管理模块。
系统初始化主要包括ARM初始化、CAN协议控制器初始化、中断初始化、显示屏初始化。工作流程：
系统判断是否有更新信息：管理部门或管理员根据授权可通过装置本身的接口(如USB)或远程接口(如GPRS)更新信息-按照预先设定的规则自定义信息，如用户商业信息、公共图片和文字信息、电梯维修保养管理信息、故障事件频次、救援恢复时间统计等。如有，则修改系统设置或显示状态。
正常运行状态，系统软件后台无限循环运行并自动跟踪事件是否发生，设定的事件是，非开锁区域内(1)时钟周期内上下循环滚动的箭头停止运动；或，(2)时钟周期内上下循环滚动的箭头消失。无事件发生，系统后台运行(任务级)，显示模块按照规则显示电梯正常运行信息；当查询到有事件发生时，系统运行被打断，表示事件发生，系统跳转为前台运行(中断级)，启动报警程序，并通过GPRS等远程通讯模块向外界发出信息(次第向维修人员、维保管理机构、厂家)，显示模块按照预定的规则显示报警信息，并可以通过发光和听觉信号实现电梯内、外部双向通讯。
电梯故障恢复，系统中断级结束，重新初始化，进入下一循环运行。
系统可根据电梯正常运行、报警、救援等状态建立统计模型，通过无线远程方式将有关统计数据提供给管理部门进行分析。
Claims (7)
1.一种电梯故障检测与报警装置，其特征是，它包括集成为一个系统的嵌入式计算机芯片、FPGA驱动模块、状态显示器、存储模块和无线通讯模块；其中，嵌入式计算机芯片与电梯的状态管理模块通信，采集电梯通讯信号线的通讯数据；嵌入式计算机芯片通过FPGA驱动模块与电梯的状态显示器连接；同时，嵌入式计算机芯片还分别与存储模块和无线通讯模块连接，无线通讯模块与远程服务器连接。
2.如权利要求1所述的电梯故障检测与报警装置，其特征是，所述无线通讯模块为GPRS模块或3G模块或CDMA模块。
3.如权利要求1所述的电梯故障检测与报警装置，其特征是，所述存储模块为FLASH存储器，型号MX25L1605DM21-12G，与嵌入式计算机芯片以SPR方式串行通讯。
4.如权利要求1所述的电梯故障检测与报警装置，其特征是，所述嵌入式计算机芯片为32位ARM嵌入式指令集计算机芯片，型号为LPC11C14F。
5.如权利要求1所述的电梯故障检测与报警装置，其特征是，所述嵌入式计算机芯片与电梯的状态管理模块通过CAN-BUS通讯总线通信。
6.一种采用权利要求1所述的电梯故障检测与报警装置的检测方法，其特征是，电梯正常运行状态时，状态管理模块通过电梯本身的CAN通讯线接收该电梯的运行信号，电梯的状态显示器按照预定的规则显示电梯运行的楼层数字信息和运行方向箭头，箭头设计为上或下循环连续滚动；
电梯出现故障且停在非开锁区域时，箭头消失或停止滚动，经过设定的时钟周期后，嵌入式计算机芯片按照指令集进入报警控制，并调用FLASH存储器报警状态信息，启动报警状态，电梯的状态显示器显示界面转换为报警显示，在设定的时钟周期内，无线通讯模块通过无线通讯模块向指定的终端发送报警短信，并开通语音通讯；
报警状态启动，采用不同的发光象形图分别表示报警信息已经发出和报警信息已经被登记，双向通讯启动；
报警状态在电梯恢复正常运行时结束，系统将自动转换为正常状态。
7.如权利要求6所述的电梯故障检测与报警装置的检测方法，其特征是，所述电梯的状态显示器把电梯正常运行的信息和故障报警及其远程通讯的信息在同一显示器的终端显示屏上显示，即，正常运行状态信息显示：楼层数字显示、根据电梯运行方向按设定的时钟周期上、下循环滚动的方向箭头，以及时间、滚动字幕或图片、司机状态和称重信息；与，故障报警及其远程通讯信息在同一显示装置屏上显示；其中，故障报警及其远程通讯的信息显示符合国家标准GB/T24477-2009《适用于残障人员的电梯附加技术要求》有关要求。
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