CN103443009A - 用于监控电梯系统的操作状况的方法及电梯系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电梯系统以及涉及用于监控电梯系统的操作状况的方法。在该方法中，采集电梯的驱动装置（1）的控制信号（2、13、14）的样本（3），根据所采集的系列样本（3）确定频率分量（4），其对用驱动装置（1）驱动的电梯组件的部件（5、11、12）是特有的，此外基于所确定的频率分量（4）监控电梯组件的该部件（5、11、12）的操作状况。

Description

用于监控电梯系统的操作状况的方法及电梯系统

技术领域

本发明涉及电梯系统的操作状况的监控。

背景技术

在电梯井的悬吊绳锁上悬吊电梯和可能的配重。用转动起重机产生用于驱动电梯轿厢的力，并且所产生的力利用在起重机的曳引轮的绳槽中穿过的绳索传输到电梯轿厢/配重上。同样的绳索可以用于电梯轿厢的悬吊和驱动两者；另一方面，电梯系统还可以包括用于电梯轿厢的悬吊和用于电梯轿厢的驱动的完全或部分分开的绳索。另外，电梯系统除其他事物外还可以包括一个或多个补偿绳索，其目的是减少由于悬挂在曳引轮的不同侧上的电梯的不对称重量分布引起的力差。

绳索经由其穿过的一个或多个转动转向滑轮可以固定到电梯井的结构上，固定到机器室（如果涉及具有机器室的电梯系统）并且固定为与电梯轿厢和配重连接。借助于转向滑轮的帮助，绳索的通道可以引导，并且悬吊率也可以改变，而这影响由于要移动的负载引起的绳力的大小。

除了起重机/转向滑轮以外，电梯系统还包括其他部件，它们在操作时以它们特定的自然频率转动。这样的部件是例如电梯轿厢的门的驱动机器的转子以及是滚轮（track roller），针对电梯门的开启/关闭它们支持并引导电梯门板的运动。

属于电梯组件的部件磨损并且还可能随着时间的流逝而故障。例如，起重机的轴承以及转向滑轮的磨损可能引起噪声问题，并且还逐渐地引起电梯乘坐舒适度的劣化。当门操作器的转子的轴承以及滚轮的轴承的操作状况劣化时，由于门操作器引起的噪声可以增加到令人厌烦。同样，当曳引轮的涂层损坏时，转向滑轮和滚轮可能引起噪声问题/弱化乘坐舒适度。

发明内容

本发明的目的是解决由于电梯组件的部件的磨损/故障引起的问题，更具体地是通过开发电梯的状况监控解决该问题。为了实现此目的，本发明公开了用于监控电梯系统的操作状况的、根据权利要求1的方法，并且还公开了根据权利要求10的电梯系统。在本申请的描述性部分和附图中，还呈现了一些发明性实施例和各种实施例的发明性组合。

在用于监控电梯系统的操作状况的、根据本发明的方法中，当用前述驱动装置驱动电梯组件的部件时采集电梯的驱动装置的控制信号的样本，根据所采集的系列样本确定频率分量，其对用驱动装置驱动的电梯组件的部件是特有的，并且基于所确定的频率分量监控电梯组件的部件的操作状况。电梯组件的前述部件优选地是电梯组件的转动部件。

在本发明的优选实施例中，对频率分量形成一个或多个限制值，将前述一个或多个限制值与所确定的频率分量进行比较，并且基于该比较监控电梯组件的部件的操作状况。

在本发明的优选实施例中，如果所确定的频率分量偏离了用限制值指定的容许范围，则推断电梯组件的讨论中的部件的操作状况已经劣化。

在本发明的优选实施例中，基于从所确定的频率分量的容许范围的偏离的幅度来确定电梯组件的部件的剩余使用寿命，并且形成监控信号用于指示电梯组件的该部件的剩余使用寿命。

在本发明的优选实施例中，如果检测到电梯组件的部件的操作状况已经劣化，则形成监控信号用于指定具有劣化的操作状况的电梯组件的该部件。在一些实施例中，向监控信号添加关于所确定的故障的原因的信息，例如，关于故障轴承、安装错误、用塑料化合物制成的转动部件的摩擦涂层的损坏的信息等。

在本发明的优选实施例中，驱动装置是电机，并且在该方法中，采样电机的控制信号的时刻与电机的转子和定子之间的角度同步，并且还使用DFT算法根据该系列样本确定频率分量。当以此方式进行时，在用DFT算法确定频率分量之前，不需要用独立的窗口函数处理控制信号。

在本发明的优选实施例中，根据对转动部件的运动设置的运动简档（profile）利用驱动装置调整电梯组件的转动部件的运动，用根据本发明的方法监控电梯组件的转动部件的操作状况，并且还基于在电梯组件的转动部件的操作状况中检测到的改变而改变电梯组件的转动部件的运动简档。

在本发明的优选实施例中，通过响应于根据系列样本确定的从频率分量的容许范围偏离的幅度而改变电梯组件的转动部件的运动简档，而将对电梯组件的转动部件特有的频率分量向频率分量的容许范围调整。

在本发明的优选实施例中，当用前述驱动装置驱动电梯组件的一个或多个部件时采集电梯的驱动装置的控制信号的样本，选择对于电梯组件的一个或多个部件特有的多个频率分量，根据系列样本确定前述频率分量，并且还基于所确定的频率分量监控电梯组件的讨论中的一个或多个部件的操作状况。

根据本发明的电梯系统包括可控驱动装置，其被配置为驱动电梯组件的一个或多个部件；还包括用于控制该驱动装置的控制装置。前述控制装置被配置为进行根据本发明的方法，用于监控电梯系统的操作状况。

在本发明的优选实施例中，驱动装置是电梯的起重机的电机。在本发明的一些实施例中，电梯组件的部件是起重机的曳引轮。在本发明的一些实施例中，电梯组件的部件是电梯的转向滑轮。

在本发明的优选实施例中，驱动装置是电梯的门操作器的电机。在本发明的一些实施例中，电梯组件的部件是电梯的门操作器的曳引轮。在一些实施例中，电梯组件的前述部件是门操作器的转向滑轮。在一些实施例中，电梯组件的前述部件是门的悬吊轮。

在一些实施例中，加速度传感器被安装为与电梯的门操作器连接，并且门操作器的驱动单元配置为基于根据测量加速度传感器的信号而确定的频率分量来监控电梯组件的部件的操作状况。

在一些实施例中，加速度传感器被安装为与电梯轿厢的照明的驱动单元连接，并且照明的驱动单元被配置为基于根据测量加速度传感器的信号所确定的频率分量来监控电梯组件的部件的操作状况。

借助于本发明，诸如曳引轮、转向滑轮或滚轮之类的电梯组件的部件的操作状况的劣化可以及时检测，甚至在劣化对电梯的操作性产生实质影响之前检测到。还可以指定部件或部件类型在其操作状况中的劣化，并且关于修复需要的具有部件类型的细节的高级信息可以发送到服务中心，在该情况下，所需的备用部件可以及时获得并投递用于最优化修复时间。借助于本发明，可以产生部件/多个部件的剩余使用寿命的估计用于预测和按优先顺序排列维护工作。

根据本发明，尽管电梯组件的部件的操作状况劣化，电梯的操作还可以以适配的、优选受限的运动简档继续。例如，由曳引轮的轴承缺陷引起的干扰噪声或震动可以通过降低轴承的转动速度而减少，在该情况下，在等待（多个）故障部件的服务的同时，在容许噪声水平和震动水平内的电梯的操作在受限速度是可能的。

前述发明内容以及下面呈现的本发明的另外的特征和优势将借助于一些实施例的以下描述而更好地理解，所述描述不限制本发明的应用的范围。

附图说明

图1呈现根据本发明的电梯系统的框图。

图2图示根据本发明的驱动装置的一个控制原理。

图3图示根据本发明的门操作器。

图4图示用于确定驱动装置的控制信号的频率分量的可能的确定方法。

具体实施方式

实施例1

在图1的电梯系统中，电梯轿厢21用经由起重机的曳引轮5穿过的绳索31悬吊，该起重机位于电梯井22的顶部。金属绳索或例如带可以用作绳索，在支撑该绳索的结构的基体（matrix）内，绳索是装配牵引链，诸如金属链或人造纤维。电梯系统的悬吊率是2:1，并且悬吊绳索31从曳引轮5经由固定到电梯轿厢的底部支撑结构的转向滑轮11穿过并且向上回到电梯井22的顶部。悬吊绳索31还从曳引轮5穿到邻近配重23的转向滑轮11，并且从配重的转向滑轮11回到电梯井的顶部。悬吊绳索31的端部固定在电梯井的顶部的固定结构中。

电梯的起重机包括永磁同步电机1作为电力产生部件，其转子集成到与曳引轮5相同的部分。利用永磁同步电机1驱动曳引轮5，利用曳引轮5、转向滑轮11等通过摩擦牵引控制悬吊绳索31,用于在电梯井中驱动电梯轿厢21。

通过利用连接到电网的变频器10调整永磁同步电机1的输入功率以及同时调整曳引轮5的扭矩而在电梯井22中移动和支撑电梯轿厢21。

电梯控制单元20响应于电梯呼叫而控制在多个楼层25之间的电梯轿厢的运动。为此，电梯控制单元20形成运动简档9，据此，电梯轿厢21在一个来回中移动。启动电梯轿厢的速度首先加速到额定速度，之后，以额定速度驱动电梯轿厢21直到逐渐开始减速电梯轿厢的速度并且在目的地的楼层停止电梯轿厢。电梯控制单元向变频器10发送它已经形成的电梯轿厢的运动简档9，该变频器10读取曳引轮的速度信号2，并且通过利用级联调节器15调整永磁同步电机1的扭矩而调整曳引轮的速度到前述运动简档9。曳引轮5的速度可以例如用脉冲编码器测量。图2更详细地呈现永磁同步电机1的级联调节器15的操作。级联调节器包括两个嵌套调节环路、外速度调节环路和内扭矩调节环路。速度调节器16基于曳引轮的速度基准9和速度信号2的误差变量在永磁同步电机的扭矩轴的方向上形成电流基准Iref。将还作为永磁同步电机的扭矩基准的电流基准Iref输入电流调节器17。电流调节器17根据电流基准Iref和所测量的定子电流13的误差变量，对永磁同步电机的定子绕组形成电压基准14。电流调节器在沿着永磁同步电机1的转子转动的正交d、q坐标系中操作，该系统的q轴在永磁同步电机的扭矩轴的方向上。将所测量的电流13在转换部件27中转换为d、q坐标系的直流幅度，并且在转换部件19中将控制电压从d、q直流幅度转换回三相幅度。为此，级联调节器还包括关于转子和定子的相对位置的位置信息18的反馈。

将程序模块添加到变频器10的软件，该程序模块根据级联调节器15的信号分析用永磁同步电机1驱动的部件（诸如转子轴承、电梯绳索31、转向滑轮11等）的操作状况。在下面，更详细地呈现操作状况的此分析。

在图4a中，呈现上述级联调节器15的控制信号，该控制信号可以是曳引轮的移动信号2、在d、q坐标系中的定子电流信号13或在d、q坐标系中的定子电压基准14。控制信号2、13、14的样本3以固定间隔采集，并且根据所采集的系列样本，即根据连续样本3，确定频率分量，其对用永磁同步电机1驱动的电梯组件的转动部件是特有的。基于永磁同步电机的转子的转动速度并且利用关于不同部件之间的传输率的信息来选择要确定的频率分量。图4b呈现当图4b中的频率从左到右增加时的一些可能的频率分量。第一频率分量4A与曳引轮5的转动频率相同；在此频率出现的逐渐增加的频率分量除了其他事物外指示转子轴承的状况的劣化。第二频率分量4B是曳引轮5的转动频率的两倍；在此频率出现的频率分量除其他事物外可以由于当使用用于测量角度的绝对传感器时的转子角度的测量误差引起。第三频率分量4C出现在转向滑轮的转动频率上，并且除了其他事物外描述转动滑轮的轴承缺陷。转向滑轮的转动频率与以特定传输的转子频率成比例，而这除其他事务外由曳引轮的直径和转向滑轮的直径的比率确定。第四频率分量4D出现在永磁同步电机1的转子的电频率上，该电频率与在电机中环流的磁通量的频率相同，并且除其他事务外根据汇入交流的直流分量来指示在定子绕组中环流的电流的不对称性。除了前述频率之外，操作状况的劣化还可以被视为其他频率分量的增加，该其他频率分量与永磁同步电机1的转子的转动频率成比例。

采集图4a的控制信号2、13、14的时刻与在永磁同步电机1的转子和定子之间的角度φ同步，使得总是以角度φ的相同值采集样本。以此方式，与转子频率并且与该频率的倍数成比例的频率分量可以使用DFT（离散傅里叶变换）算法从所收集/同步的系列样本中分离，而不需要在确定频率之前利用现有技术的窗口函数处理前述控制信号。

DFT算法的操作本身对于本领域技术人员公知，并且不单独在此上下文中处理；然而，应声明DFT算法被用于分离转子的多个转动频率，以及与该转动频率成比例的频率分量，该转动频率包含关于电梯系统的转动部件的操作状况的信息。

借助于DFT算法，对于所确定的频率分量获得已停止的矢量呈现，该呈现描述了出现在讨论中的频率的分量的方向和幅度。

在每一个所选择的频率，所确定的频率分量具有如下形式：

a+bj

就此而论，检查频率分量4A、4B、4C、4D的幅度，该幅度可以根据以下等式确定：

$\sqrt{a^2+b^2}$

如图4中所呈现的，对频率分量设置限制值6A、6B、6C，该限制值6A对转子的转动频率频率分量4A的幅度设置最大容许值，该限制值6B对分量6B设置最大容许值，并且其频率是转子的转动频率的两倍，并且该限制值6C对转向滑轮11的转动频率频率分量4C的值设置最大容许值。变频器10在电梯的一个来回期间确定前述频率分量4A、4B、4C、4D，并且将频率分量的幅度与对于最大容许幅度的限制值6A、6B、6C进行比较。如果频率分量4A、4B、4C、4D的幅度增加到大于对于频率分量设置的限制值6A、6B、6C，则变频器10推断超出限制值的讨论中的频率分量对其是特有的该部件已经故障。在此情况下，变频器还形成用于向服务中心发送的监控信号，在该监控信号中指示故障部件的类型。在一些实施例中，电梯控制单元20还改变电梯轿厢的运动简档9，使得减小电梯轿厢的名义速度，使得超出前述容许值的频率分量的幅度再次降低到最大容许值以下。在此情况下，当确定频率分量时，当然必须考虑要确定的分量的频率与电梯轿厢的速度的降低成比例地降低。

在一些实施例中，变频器还基于超越频率分量的容许范围的幅度来计算对于具有劣化操作状况的部件的剩余使用寿命的估计，使得超越得越多，讨论中的部件的剩余使用寿命越短。如果超越了足够多，则变频器还可以转入防止下一来回的模式用于防止危险的情形。还可以向服务中心发送关于剩余使用寿命/来回防止的信息。

实施例2

在根据图3的本发明的实施例中，电梯轿厢的门操作器包括电机1，优选地包括无刷直流电机，曳引轮33用轴连接到该电机的转子上，该曳引轮进一步利用带驱动器连接到门操作器的转向滑轮18。第二带在门操作器的转向滑轮18之间行进，电梯门板29被系到该第二带，使得电梯门板可以在图3中标识的箭头的方向上向彼此移动用于打开电梯门并且远离彼此用于关闭电梯门。

用变频器33驱动门操作器的曳引轮33。无刷直流电机1的转子用永磁体磁化，并且用结合图2的实施例呈现的级联调节器15实现无刷直流电机的调节，该级联调节器记录在变频器10的软件中。该变频器的软件还包括程序模块，其类似于结合图2和4的实施例在以上呈现的内容。如上所述，程序模块分析用无刷直流电机1驱动的部件（诸如电机1的轴承、门操作器的转向滑轮18的轴承以及门的滚轮12之类）的操作状况。因为以与结合实施例2和4呈现的基本相同的方式基于对门操作器的前述转动部件特有的频率分量而发生分析，所以不再呈现在此上下文中。在发明的此实施例中，控制信号的采集频率D与在无刷直流电机1的转子和定子之间的角度φ同步。

此外，频率分量4A、4B、4C、4D的确定用DFT算法实现，但是频率分量还可以使用一些公知的诸如FFT算法之类的频谱确定方法来确定。DFT算法还可以通过以固定间隔从控制信号采集样本而实现，而不使采样频率与转动频率同步。然而，在此情况下，需要在频率分量的确定之前利用现有的窗口函数预处理控制信号。

借助于根据本发明的解决方案，还可以监控除了转动部件之外的操作状况。例如，可以通过根据变频器/制动器的电流供应电路的中间电路电压的测量信号确定谐波分量的幅度，来监控电梯的变频器的操作状况或制动器的电流供应电路的操作状况。

借助于本发明的实施例的一些示例而在以上描述了本发明。对于本领域技术人员显然的是本发明不限于上述实施例，而是很多其他应用在权利要求定义的发明构思的范围内是可能的。

Claims (15)

1.一种用于监控电梯系统的操作状况的方法，其特征在于：

-采集电梯的驱动装置（1）的控制信号（2、13、14）的样本（3）；

-根据所采集的系列样本（3）确定频率分量（4），其对用所述驱动装置（1）驱动的电梯组件的部件（5、11、12）是特有的；

-基于所确定的频率分量（4）监控所述电梯组件的部件（5、11、12）的操作状况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

-对所述频率分量（4）形成一个或多个限制值（6A、6B）；

-将前述一个或多个限制值（6A、6B）与所确定的频率分量（4）进行比较；以及

-基于所述比较而监控所述电梯组件的部件（5、11、12）的操作状况。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

-如果所确定的频率分量（4）从以所述限制值（6A、6B）指定的容许范围偏离，则推断所述电梯组件的讨论中的部件（5、11、12）的操作状况已经劣化。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

-基于从所确定频率分量（4）的容许范围的偏离的幅度确定所述电梯组件的部件（5、11、12）的剩余使用寿命；

-形成监控信号（7）用于指示所述电梯组件的部件（5、11、12）的剩余使用寿命。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于：

-如果检测到所述电梯组件的部件（5、11、12）的操作状况已经劣化，则形成监控信号（7）用于指定具有劣化的操作状况的电梯组件的部件（5、11、12）。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于：所述驱动装置（1）是电机并且在于在所述方法中：

-采样所述电机（1）的控制信号（2、13、14）的时刻与在所述电机（1）的转子和定子之间的角度同步；

-使用DFT算法根据系列样本（3）确定频率分量（4）。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于：

-根据对所述转动部件的运动确定的运动简档（9）利用所述驱动装置（1）调整所述电梯组件的转动部件（5、11、12）的运动；

-用根据权利要求1-6中的任一项的方法监控所述电梯组件的转动部件（5、11、12）的操作状况；

-基于在所述电梯组件的转动部件（5、11、12）的操作状况中检测到的改变而改变所述电梯组件的转动部件的运动简档（9）。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

-通过响应于根据所述系列样本（3）确定的从频率分量（4）的容许范围偏离的幅度而改变电梯组件的转动部件（5、11、12）的运动简档（9），而将对所述电梯组件的转动部件特有的频率分量（4）向所述频率分量的容许范围调整。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于：

-当用前述驱动装置（1）驱动所述电梯组件的一个或多个部件（5、11、12）时采集所述电梯的驱动装置（1）的控制信号（2、13、14）的样本（3）；

-选择对所述电梯组件的一个或多个部件（5、11、12）特有的多个频率分量（4）；

-根据所采集的系列样本（3）确定前述频率分量（4）；

-基于所确定的频率分量（4）监控所述电梯组件的讨论中的一个或多个部件（5、11、12）的操作状况。

10.一种电梯系统，包括：

可控驱动装置（1），其被配置为驱动电梯组件的一个或多个部件（5、11、12）；

控制装置（10），其用于控制所述驱动装置（1）；

其特征在于，前述控制装置（10）被配置为进行根据权利要求1-9中的任一项的方法，用于监控所述电梯系统的操作状况。

11.根据权利要求10所述的电梯系统，其特征在于，所述驱动装置（1）是电梯的起重机的电机。

12.根据权利要求11所述的电梯系统，其特征在于，所述电梯组件的部件是所述起重机的曳引轮（5）。

13.根据权利要求11或12所述的电梯系统，其特征在于，所述电梯组件的部件是电梯的转向滑轮（11）。

14.根据权利要求10-13中的任一项所述的电梯系统，其特征在于，所述驱动装置（1）是电梯的门操作器的电机。

15.根据权利要求14所述的电梯系统，其特征在于，所述电梯组件的部件是电梯的门操作器的曳引轮（33）。

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