CN103508315A

CN103508315A - 电梯运行故障预测系统及方法

Info

Publication number: CN103508315A
Application number: CN201310428742.XA
Authority: CN
Inventors: 袁德芳
Original assignee: SHENZHEN HEXING JIANENG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN HEXING JIANENG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: CN103508315B

Abstract

一种电梯运行故障预测系统及方法，包括：一逆变单元；一传感单元，用以感测电梯曳引机变频器的交流输入的一第一电压与一第一电流、该逆变单元的直流输入的一第二电压与一第二电流以及该逆变单元的交流输出的一第三电压与一第三电流；以及一测量及运算中心单元，其连接并控制该逆变单元的工作，其连接该传感单元以获取该第一电压与第一电流、该第二电压与第二电流以及该第三电压与第三电流信号，并对它们进行数据运算，并根据一特定的分析策略得出一故障预测报告，其中，该特定的分析策略包括电梯空载单位损耗分析、电梯能效系数分析以及电梯动能和势能动态分析。本发明可以简便有效地实现部分电梯运行故障的预测。

Description

电梯运行故障预测系统及方法

技术领域

本发明涉及电梯系统，尤其涉及电梯运行故障预测系统。

背景技术

电梯运行故障的预测一直以来是对电梯系统能耗管理的重要手段。中国专利CN201210176351.9公开了一种基于数据驱动的电梯故障诊断与预警方法，借助于远程服务中心、故障诊断与预测终端和电梯控制器实现，包括如下步骤：首先对实时电梯故障数据进行挖掘获得电梯故障数据流中的特征信息，并将挖掘结果保存在故障诊断与预测终端的电梯故障案例库中，作为电梯故障知识库的来源；然后利用电梯故障案例库对故障诊断与预测终端上的电梯故障知识库进行更新，通过相似度匹配计算，实现电梯故障知识库的及时更新，再针对新电梯故障问题的特征进行案例检索，采用基于案例推理的故障诊断方法对电梯系统进行故障诊断：通过检索电梯故障知识库或临时电梯故障案例库中的知识或案例，获得与新电梯故障问题具有最相似特征的信息，解决诊断问题；此外，利用远程服务中心上的电梯故障识别分类器，对获得的电梯故障数据流进行聚类分析，将相应的电梯故障数据流与电梯故障类型关联起来，并用此电梯故障数据流与相应故障类型训练分类器，再通过另一组电梯故障数据流与相应的故障类型对分类器进行检验，以验证训练后的分类器的正确性；远程服务中心不断更新分类器，并将最新的分类器下载到本地故障诊断与预测终端中，本地的故障诊断与预测终端实时采集电梯数据流并将其输入分类器，由分类器输出实时数据流与现有电梯故障数据流进行相似程度比较，相似程度越大，出现同种故障的可能性越大，依此进行电梯故障预测。中国专利CN201210194098.X公开了一种电梯故障预警系统及其预警方法，该系统包括监控中心，设置于曳引机上的曳引机传感器、设置于轿厢上的轿厢传感器以及设置在轿厢外的噪音传感器，通过曳引机传感器、轿厢传感器以及噪音传感器的采集电梯在不同运动阶段下振动数据以及的噪音数据，并传输至监控中心，监控中心对该数据进行快速傅立叶变换，得出电梯在不同运动阶段下的振动频谱图、噪音频谱图，并与电梯正常运作的振动频谱图、噪音频谱图对比，对比各个频段的幅值是否异常，实现电梯故障的预警。现有的这些系统及方法，系统庞大，结构复杂。可见，工程实践中有必要对现有的电梯运行故障预测进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种电梯运行故障预测系统及方法，可以简便有效地实现电梯运行故障的预测。

本发明针对上述技术问题而提出的技术方案包括，提出一种电梯运行故障预测系统，包括：

一逆变单元，其连接在电梯曳引机变频器直流端与三相商用电网之间，用以把该电梯曳引机变频器产生的再生直流电能回馈到电网；

一传感单元，用以感测该电梯曳引机变频器的交流输入的一第一电压与一第一电流、该逆变单元的直流输入的一第二电压与一第二电流以及该逆变单元的交流输出的一第三电压与一第三电流；

一测量及运算中心单元，其连接并控制该逆变单元的工作，其连接该传感单元以获取该第一电压与第一电流、该第二电压与第二电流以及该第三电压与第三电流信号，并对它们进行数据运算，并根据一特定的分析策略得出一故障预测报告；其中，该特定的分析策略包括电梯空载单位损耗分析、电梯能效系数分析以及电梯动能和势能动态分析。

其中，该电梯运行故障预测系统还包括一数据通讯单元，该测量及运算中心单元可通过该数据通讯单元与外部监控系统相连。

其中，该电梯曳引机变频器具有整流器或者不具有整流器。

其中，该测量及运算中心单元包括工控机、微处理器或者数字信号处理器。

其中，该逆变单元为直流/交流逆变器或交流/直流整流逆变器。

其中，该逆变单元具有两个直流端口和三个交流端口，其中这两个直流端口与该电梯曳引机变频器的直流母线相连，这三个交流端口与该三相商用电网相连；该逆变单元包括六个大功率受控开关变器件，这些大功率受控开关器件是受控于该测量及运算中心单元的。

其中，该电梯空载单位损耗分析包括：在设定的时间段内，根据该第一电压与第一电流计算出一电梯曳引部分的总能耗参数W1；根据该第二电压与第二电流和/或该第三电压与第三电流计算出一电梯曳引部分的势能与动能总和参数W2；根据该电梯使用楼层总高度计算M，计算电梯空载单位损耗系数K1，K1=(W1-W2)/M。

其中，该电梯能效系数分析包括：在设定的时间段内，根据该第一电压与第一电流计算出一电梯曳引部分的总能耗参数W1；根据该第二电压与第二电流和/或该第三电压与第三电流计算出一电梯曳引部分的势能与动能总和参数W2；计算电梯能效系数K2，K2=W2/(W1-W2)。

其中，该电梯动能和势能动态分析包括：平均值大小，峰值大小，波形的上升时间以及波形的下降时间。

本发明针对上述技术问题而提出的技术方案还包括，提出一种电梯运行故障预测方法，包括：

设置一逆变单元，使其连接在电梯曳引机变频器直流端与三相商用电网之间，用以把该电梯曳引机变频器产生的再生直流电能回馈到电网；

设置一传感单元，用以感测该电梯曳引机变频器的交流输入的一第一电压与一第一电流、该逆变单元的直流输入的一第二电压与一第二电流以及该逆变单元的交流输出的一第三电压与一第三电流；

设置一测量及运算中心单元，其连接并控制该逆变单元的工作，其连接该传感单元以获取该第一电压与第一电流、该第二电压与第二电流以及该第三电压与第三电流信号，并对它们进行数据运算，并根据一特定的分析策略得出一故障预测报告；其中，该特定的分析策略包括电梯空载单位损耗分析、电梯能效系数分析以及电梯动能和势能动态分析。

与现有技术相比，本发明的电梯运行故障预测系统及方法通过传感单元与测量及运算中心单元对曳引变频器和逆变单元的电量流动进行测量和分析，可以简便有效地实现电梯运行故障的预测。

附图说明

图1是本发明的电梯运行故障预测系统实施例的结构框图。

图2是本发明的电梯运行故障预测系统实施例中逆变单元与测量及运算中心单元的结构框图。

图3a、3b和3c本发明的电梯运行故障预测系统及方法的时序-能量关系示意，其中，图3a示出了电梯的时间-运行方向的关系，图3b示出了电梯的时间-能耗的关系，图3c示出了电梯的时间-势能加动能的关系。

其中，附图标记说明如下：10 三相商用电网；20 电梯曳引机变频器；30 电机；100 电梯运行故障预测系统 1 逆变单元 2 测量及运算中心单元 3传感单元 4数据通讯单元。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。

电梯运行中的故障，很大一部分是由于维护不及时造成所导致。通过对电梯运行参数的记录、分析和比较，是能够发现和预测电梯运行可能发生的故障的，这些故障可以包括：1、配重失衡；2、超载运行；3、导轨和传动部件润滑；4、制动鼓（制动器）动作时间失配；5、制动鼓（制动器）间隙失配；6，导轨和轿厢的适配和摩擦，7，曳引机效率降低，8，减速箱的润滑和效率，9，电梯加减速不当。

由此，本发明提出一种电梯运行故障预测系统及方法，通过对曳引变频器和逆变单元的电量流动进行测量和分析，可以简便地实现电梯运行故障的预测。本发明采用的分析策略包括：方法一、电梯空载单位能耗分析，具体可用空载参数k1来体现；方法二、电梯能效系数分析，具体可用能效参数k2来体现；以及方法三、电梯动能势能动态分析，具体可用平均参数k31、峰值参数k32、上升参数k33以及下降参数k34来体现。上述的各种故障均会在电梯效能系数的变化上有所体现。

下列表格表示出这些参数和电梯运转状态的关系，其中，X 表示参数和电梯状态的关联性。

具体地，本发明提出一种电梯运行故障预测方法，包括：

本发明的计算和符号说明：

在设定的时间段内，

第一、根据该第一电压与第一电流计算出一电梯曳引部分的总能耗参数W1；

参见图3a，在该特定时间内进行绝对值（不带符号）积分（累加）运算，单位为电能的度。

第二、根据该第二电压与第二电流和/或该第三电压与第三电流计算出一电梯曳引部分的势能与动能总和参数W2；

参见图3c，在该特定时间内进行绝对值（不带符号）积分（累加）运算，单位为电能的度。

第三、根据该电梯使用楼层总高度计算M，对应于电梯从底层到最高层的距离，单位为距离米。

第四、电梯空载单位损耗分析:

K1=(W1-W2)/M，对应于空载电梯上下运行一个单位距离的能耗。

W1-W2测试方法，电梯空载，从最底层运行到最高层再回到最底层，中途楼层不做停顿。

也可以运行n次，K1=(W1-W2)/（M*n），这样有更高的精度。

第五、电梯能效系数分析：

K2=W2/(W1-W2)，在特定时间段内计算，比如24小时。

第六，电梯动能和势能动态分析：

参见图3c，进行波形微观分析，其中：

K31, 为图3c中平均值大小；

K32，为图3c中峰值大小；

K33，为图3c中波形的上升时间；

K34，为图3c中波形的下降时间。

参见图1，本发明的电梯运行故障预测系统100实施例大致包括：一逆变单元1；一测量及运算中心单元2；一传感单元3以及一数据通讯单元4。

该逆变单元1连接在电梯曳引机变频器20直流端与三相商用电网10之间，用以把该电梯曳引机变频器20产生的直流电能DC+、DC-回馈到电网，该逆变单元1具有两个直流端口DC+、DC-和三个交流端口A、B、C，其中这两个直流端口DC+、DC-与该电梯曳引机变频器的直流母线相连，这三个交流端口A、B、C与该三相商用电网10相连。该电梯曳引机变频器20可以是有整流器的，也可以是无整流器的。该逆变单元1可以是DC/AC逆变器，也可以是整流逆变器。具体地，参见图2，该逆变单元1大致包括：三个交流滤波电容11、一个三相电感12（或者三个单相电感）、六个大功率受控开关器件13以及一整流电容组14。该电梯曳引机变频器20所控制的电机30工作于发电机状态时，回馈能量会通过该电梯曳引机变频器20提供的直流输出Vdc，经过这三对的两个大功率受控开关器件13的两端DC+、DC-逆变为交流，再经过三相电感12和交流滤波电容11就可以回馈至给三相商用电网10。

该传感单元3，其包括三部分，其中：第一部分IN1用以感测该电梯曳引机变频器20的交流输入A0、B0、C0的一（组）第一电压与一第一电流（一般有三相电压和三相电流）；第二部分IN2用以感测该逆变单元1的直流输入DC+、DC-的一第二电压与一第二电流；以及第三部分IN3用以感测该逆变单元1的交流输出A、B、C的一（组）第三电压与一第三电流（一般有三相电压和三相电流）。

该测量及运算中心单元2可以包括工控机，也可以包括微处理器，数字信号处理器及其周边电路构成的微处理器系统。该测量及运算中心单元2与该逆变单元1相连。该测量及运算中心单元2通过控制这些大功率受控开关器件13的开关动作可控制该逆变单元1的运行状态，比如：交流输出的电压、电流、频率等可以由测量及运算中心单元2根据需要进行调节，以满足三相商用电网10的要求。需要说明的是，在本实施例中，该逆变单元1是直接由该测量及运算中心单元2控制的，在其他实施例中，该逆变单元1可以包括一独立于该测量及运算中心单元2的控制器来控制，这时，该控制器与该测量及运算中心单元2是通讯连接。该测量及运算中心单元2与该传感单元3相连，可获取该第一电压与第一电流、该第二电压与第二电流以及该第三电压与第三电流信号以进行特定的分析，该特定的分析包括电梯空载单位损耗分析、电梯能效系数分析以及电梯动能和势能动态分析。

该数据通讯单元4与该测量及运算中心单元2相连，该测量及运算中心单元2可通过该数据通讯单元4与外部监控系统（图未示出）相连。

以下，结合图3a、3b和3c，对本发明的电梯运行故障预测系统及方法的工作原理进行更详细的说明。

在图3a中，横坐标t为时间轴，其单位为秒，纵坐标X为方向坐标，向上为正方向，向下为反方向。该曲线会随着电梯具体运行情况的不同而变化。需要说明的是，这里的正方面，可以与电梯的向上运行对应，也可以与电梯的向下运行对应。其中，时刻T0-时刻T1之间区域、时刻T3-时刻T5区域以及时刻T8以后区域对应电梯的停止状态；时刻T1-时刻T3之间区域对应电梯正方向运行状态；时刻T5-时刻T8之间区域对应电梯反方向运行状态。

在图3b中，横坐标t为时间轴，其单位为秒，纵坐标E0为总能耗坐标，其单位为千瓦，向上为能量消耗，向下为能量回馈。该曲线会随着电梯具体运行情况的不同而变化。类似于心电图会携带有丰富的关于心脏运行状态的信息，该总能量消耗图，也携带有丰富的关于电梯运行状态的信息，根据这个图形可以推断出电梯系统内部运行状态的变化。其中，时刻T0-时刻T1之间区域对应电梯的停止状态；时刻T1-时刻T2之间区域对应电梯的正向加速运行状态；时刻T2-时刻T3之间区域对应电梯的正向平稳运行状态；时刻T3-时刻T4之间区域对应电梯的正向减速运行状态；时刻T4-时刻T5之间区域对应电梯的停止运行状态；时刻T5-时刻T7之间区域对应电梯的反向加速运行状态；时刻T7-时刻T8之间区域对应电梯的反向平稳运行状态；时刻T8-时刻T9之间区域对应电梯的反向减速运行状态；时刻T9以后区域对应电梯的停止运行状态。可见，正向运行，电梯的总能耗为Ea，反向运行，电梯的总能耗为Eb，对特定时长（比如24小时）内的这些总能耗进行累加运算，可以得到一电梯曳引部分的总能耗参数。

在图3c中，横坐标t为时间轴，其单位为秒，纵坐标E1为势能加动能坐标，其单位为千瓦，向上为能量消耗，向下为能量回馈。该曲线会随着电梯具体运行情况的不同而变化。类似于心电图会携带有丰富的关于心脏运行状态的信息，该动能和势能总和动态图，也携带有丰富的关于电梯运行状态的信息，上述的动能和势能总和动态图分析法就是对此图进行分析比较，以推断出电梯系统内部运行状态的变化。其中，时刻T0-时刻T3a之间区域、时刻T4-时刻T6之间区域以及时刻T9以后区域对应于电梯无能量回馈的状态；时刻T3a-时刻T4之间区域以及时刻T8-时刻T9之间区域对应电梯有动能回馈的状态；时刻T6-时刻T8之间区域对应电梯有势能回馈的状态。可见，电梯减速度运行可以产生动能回馈Em，电梯的稳定运行可以产生势能回馈Ep，对特定时长（比如24小时）内的这些动能回馈Em与势能回馈Ep进行累计运算，既可以得到一电梯曳引部分的势能与动能总和参数。需要说明的是，势能回馈Ep取决于电梯系统的平衡，理论而言，在电梯系统处于最优的平衡的状态，势能回馈Ep可能非常接近于零，但无论电梯系统如何平衡，只要有减速运行，其中的动能回馈Em是存在的。

与现有技术相比，本发明的电梯运行故障预测系统100通过传感单元3与测量及运算中心单元2对曳引变频器20和逆变单元1的电量流动进行测量和分析，可以简便有效地实现电梯运行故障的预测。

上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims

1. 一种电梯运行故障预测系统，其特征在于，包括：

2. 依据权利要求1所述的电梯运行故障预测系统，其特征在于，该电梯运行故障预测系统还包括一数据通讯单元，该测量及运算中心单元可通过该数据通讯单元与外部监控系统相连。

3. 依据权利要求1所述的电梯运行故障预测系统，其特征在于，该电梯曳引机变频器具有整流器或者不具有整流器。

4. 依据权利要求1所述的电梯运行故障预测系统，其特征在于，该测量及运算中心单元包括工控机、微处理器或者数字信号处理器。

5. 依据权利要求1所述的电梯运行故障预测系统，其特征在于，该逆变单元为直流/交流逆变器或交流/直流整流逆变器。

6. 依据权利要求1所述的电梯运行故障预测系统，其特征在于，该逆变单元具有两个直流端口和三个交流端口，其中这两个直流端口与该电梯曳引机变频器的直流母线相连，这三个交流端口与该三相商用电网相连；该逆变单元包括六个大功率受控开关变器件，这些大功率受控开关器件是受控于该测量及运算中心单元的。

7. 依据权利要求1所述的电梯运行故障预测系统，其特征在于，该电梯空载单位损耗分析包括：在设定的时间段内，根据该第一电压与第一电流计算出一电梯曳引部分的总能耗参数W1；根据该第二电压与第二电流和/或该第三电压与第三电流计算出一电梯曳引部分的势能与动能总和参数W2；根据该电梯使用楼层总高度计算M，计算电梯空载单位损耗系数K1，K1=(W1-W2)/M。

8. 依据权利要求1所述的电梯运行故障预测系统，其特征在于，该电梯能效系数分析包括：在设定的时间段内，根据该第一电压与第一电流计算出一电梯曳引部分的总能耗参数W1；根据该第二电压与第二电流和/或该第三电压与第三电流计算出一电梯曳引部分的势能与动能总和参数W2；计算电梯能效系数K2，K2=W2/(W1-W2)。

9. 依据权利要求1所述的电梯运行故障预测系统，其特征在于，该电梯动能和势能动态分析包括：平均值大小，峰值大小，波形的上升时间以及波形的下降时间。

10. 一种电梯运行故障预测方法，其特征在于，包括：