CN105139740B - 一种电梯半实物仿真训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯半实物仿真训练装置，包括控制系统、控制按钮、运动组件、数据交换组件、仿真组件以及显示组件，控制按钮与控制柜相连，运动组件和数据交换组件均与控制柜相连，数据交换组件通过转速传感器与运动组件相连，仿真组件与数据交换组件相连，显示组件与仿真组件相连；控制柜接收控制按钮的信号后，驱动运动组件运转，转速传感器检测运动组件的转速并发送给数据交换组件，经转换为转速数据协议格式后发送给仿真组件，驱动三维模型产生相应动作并显示显示，仿真组件将三维模型的状态信息发送给控制柜，控制柜根据状态信息对运动组件进行对应速度或启停控制。本发明的装置具有结构简单、体积小、教学效率高等优点。

Description

一种电梯半实物仿真训练装置

技术领域

本发明主要涉及电梯技术领域，特指一种电梯电气安装调试和故障检修的半实物仿真训练装置。

背景技术

随着建筑物高度的不断增加，电梯成为高层建筑中必不可少的设备，电梯行业发展迅速，由此，电梯设备的安装、调试和维护的人员培训将面临极大的挑战，在大中专院校和技能培训机构中，电梯相关专业普遍开设了电梯安装、调试及维护相关课程，而电梯设备的电气控制系统的安装、调试及维修又是其中的非常重要的组成部分，其中，电气控制系统的相关实验、实训则是必不可少的实践环节。

目前国内电梯电气控制系统实验实训教具多采用按比例缩小的电梯机械部分模型和简化的电气控制系统结合组成，机械部分模型一般包括各层电梯门、轿厢、多层井道等结构，机械结构较为复杂，若使用频率过大，容易造成损坏，增加了教学成本，并影响教学效率。由于市场上电梯种类繁多、价格较高、体积较大，基于真实设备的电梯电气控制系统实验实训设施的建设成本较高，必将造成教学资源缺乏，学员实践技能得不到训练的情况，因此，电梯电气控制系统的安装调试及故障检修的相关配套实验实践训练设备的研发显得尤为重要，教学实践过程中，迫切需要有一种能兼顾教学效果和资源投入的装置来改变当前的状况。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、教学效率高的电梯半实物仿真训练装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种电梯半实物仿真训练装置，包括电梯电气控制系统、电梯控制按钮、电机运动组件、数据交换组件、仿真组件以及显示组件，所述电梯控制按钮与所述电梯控制柜相连，所述电机运动组件和数据交换组件均与电梯电气控制柜相连，所述数据交换组件通过转速传感器与电机运动组件相连，所述仿真组件与数据交换组件相连，所述显示组件与仿真组件相连；所述电梯电气控制柜接收电梯控制按钮的按钮信号后，驱动电机运动组件运转，所述转速传感器检测电机运动组件的转速后，将转速信号发送给数据交换组件，所述数据交换组件将转速数据发送给仿真组件，所述仿真组件根据转速数据在虚拟环境中驱动轿厢三维模型和层门三维模型产生相应动作并在显示组件上进行显示，所述仿真组件将虚拟环境中电梯三维模型的状态信息通过数据交换组件发送给电梯电气控制柜，所述电梯电气控制柜根据虚拟环境中电梯三维模型的状态信息对电机运动组件进行对应速度或启停控制。

优选地，所述电梯三维模型包括电梯中的井道、轿厢、曳引电机、限速器、对重块、缓冲器、层门装置、电梯轨道、照明装置、换气装置、行程开关和到位开关。

优选地，所述电机运动组件包括曳引电机和门机电机。

优选地，所述仿真组件与所述显示组件相连，数据交换组件与电梯电气控制柜相连；仿真组件通过数据交换组件与电梯电气控制柜进行数据交换。

优选地，所述虚拟环境中电梯三维模型的状态信息包括用于检测虚拟环境中运动的三维模型位置状态信息的各个虚拟行程开关和到位开关的状态信息，所述电梯电气控制柜根据数据交换组件传送来的虚拟环境中电梯三维模型的状态信息对电机运动组件进行对应速度调节或启停控制。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的电梯半实物仿真训练装置占地面积小，不需要特地建造井道等结构，可布置在普通实验实训室内，且能集中布局，同一空间内可布置多个，成本低，有利于集中教学，在教学过程中，能源消耗较少，元件消耗小，噪音小，操作直观，教学效果好。

附图说明

图1为本发明的方框结构示意图。

图2为本发明中电梯控制按钮的结构示意图。

图3为本发明中控制组件的结构示意图。

图4为本发明各部件的布置结构示意图。

图5为本发明中的方法流程图。

图中标号说明：1、电梯控制按钮；2、电梯电气控制柜；3、曳引电机；4、门机电机；5、转速传感器；6、数据交换组件；7、仿真组件；8、显示组件。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图5所示，本实施例的电梯半实物仿真训练装置，包括电梯电气控制系统(即电梯电气控制柜2)、电梯控制按钮1、电机运动组件、数据交换组件6、仿真组件7以及显示组件8，电梯控制按钮1与电梯控制柜相连，电机运动组件和数据交换组件6均与电梯电气控制柜2相连，数据交换组件6通过转速传感器5与电机运动组件相连，仿真组件7与数据交换组件6相连，显示组件8与仿真组件7相连；电梯电气控制柜2接收电梯控制按钮1的按钮信号后，驱动电机运动组件运转，转速传感器5检测电机运动组件的转速后，将转速信号发送给数据交换组件6，数据交换组件6将转速数据发送给仿真组件7，仿真组件7根据转速数据在虚拟环境中驱动轿厢三维模型和层门三维模型产生相应动作并在显示组件8上进行显示，仿真组件7将虚拟环境中电梯三维模型的状态信息通过数据交换组件6发送给电梯电气控制柜2，电梯电气控制柜2根据虚拟环境中电梯三维模型的状态信息对电机运动组件进行对应速度或启停控制。本发明的电梯半实物仿真训练装置占地面积小，不需要特地建造井道等结构，可布置在普通实验实训室内，且能集中布局，同一空间内可布置多个，成本低，有利于集中教学，在教学过程中，能源消耗较少，元件消耗小，噪音小，操作直观，教学效果好。

本实施例中，电梯三维模型包括电梯中的井道、轿厢、曳引电机3、限速器、对重块、缓冲器、层门装置、电梯轨道、照明装置以及换气装置，并在各对应位置设置有虚拟行程开关和到位开关。

本实施例中，电梯电气控制柜2采用真实电梯的控制系统(包括变频器等)，供学员进行电气控制系统的安装调试训练；电梯控制按钮1面板包括外呼梯区和内呼梯区，如图2所示。本实施例中，电机运动组件包括曳引电机3和门机电机4，其中曳引电机3和门机电机4均采用小功率交流电动机替代，用于模拟真实曳引电机3和门机电机4运转；转速传感器5用于测量各电机转速；数据交换组件6由单片机系统或者PLC组成，主要负责仿真组件7与电梯电气控制柜2的数据交换；仿真组件7为通用高性能计算机平台，三维仿真软件运行于该平台上，三维仿真软件根据数据交换组件6发送来的各电机转速数据和状态信息来驱动虚拟环境中对应电梯三维模型部件动作，并负责将电梯三维模型中各虚拟行程开关和到位开关的状态信息通过数据交换组件6反馈至电梯电气控制柜2中的控制器。本发明的仿真训练装置的电梯的机械部分(包括井道、轿厢、曳引电机3、限速器、对重块、缓冲器、层门装置、轨道、照明装置、换气装置等)采用虚拟现实技术通过仿真组件7和显示组件8(大屏幕显示器)来显示。学员的电气安装调试和故障检修训练操作在与真实电梯一致的电梯电气控制系统上完成，电梯的开关门和轿厢运动等机械动作通过仿真组件7中三维仿真软件驱动对应的电梯三维模型在显示组件8上显示，学员通过大屏幕显示器以及音响设备来感受真实电梯的运行动作和声音，从而给学员提供高度的现场沉浸感的训练环境。

本实施例中，虚拟环境中电梯三维模型的状态信息包括用于检测虚拟环境中运动的三维模型位置状态信息的各个虚拟行程开关和到位开关的数据，电梯电气控制柜2根据数据交换组件6传送来的虚拟环境中电梯三维模型的状态信息对电机运动组件进行对应速度调节或启停控制。

本实施例中，仿真组件7与所述显示组件8相连，数据交换组件6与电梯电气控制柜2相连；仿真组件7通过数据交换组件6与电梯电气控制柜2进行数据交换。

本实施例中，本发明采用固定组件和可替换组件的结构，固定组件包括电梯控制按钮1面板、曳引电机3、门机电机4、转速传感器5、数据交换组件6、仿真组件7、显示组件8，可替换组件为电梯电气控制柜2，若要进行某一型号的电梯电气系统的训练，只需将电梯电气控制柜2替换成该型号电梯的控制柜，并在虚拟仿真系统中调用该型电梯的三维模型即可较为真实的提供该型号电梯的模拟培训环境。

本发明的仿真训练装置的工作流程如下：

其中学员的训练对象是电梯电气控制系统，教师可根据不同的培训目标设置任务，如电梯电气控制系统的安装、软硬件调试、故障检修训练，学员完成训练任务后，将电梯电气控制柜2接入系统中，打开仿真组件7中的虚拟仿真系统软件，连接数据交换组件6并调用该型电梯的三维模型，系统进入仿真运行状态。

如若电梯电气控制柜2软硬件系统都无故障，则当外呼梯按钮得到指令后，电梯电气控制柜2的控制器通过柜内的门机变频器控制仿真门机电机4运转，转速传感器5测得仿真门机电机4转速并通过数据交换组件6将该转速传送至仿真组件7，虚拟仿真软件根据所得转速成比例驱动虚拟环境下的电梯三维模型中的电梯门开关门，当电梯门打开后，设立于虚拟环境中的虚拟开门到位开关将开门到位信号通过数据交换组件6反馈至电梯电气控制柜2中的控制器，控制器控制仿真门电机停止运行。

当内呼梯按钮得到楼层指令后，电梯电气控制柜2的控制器通过柜内的曳引变频器控制仿真曳引电机3运转，转速传感器5测得电机转速并通过数据交换组件6将该转速传送至仿真组件7，虚拟仿真软件根据所得转速成比例驱动虚拟环境下的电梯三维模型中的电梯轿厢升降，虚拟环境中的虚拟楼层行程开关将电梯轿厢位置信息通过数据交换组件6传递给电梯电气控制柜2的控制器，控制器调节曳引电机3的运转，直到到达目的楼层。

在虚拟环境中，电梯三维模型中具有楼层显示、运行状态显示、照明等辅助功能，界面设置有视角转换按钮，可选择显示电梯井道、轿厢内、楼层电梯口等视角，有利于学员对整个电梯部件运行状态进行学习。

本发明的电梯半实物仿真训练装置可完成电梯电气控制系统相关实验实训，如对电梯电气控制系统的运行参数进行初始设置、调试、各工况运行试验，轿厢起动、加速、减速、平层准确度试验、开关门时间实验，同样可以完成电梯控制器程序编写、调试训练及电气控制系统常见故障排除训练等。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电梯半实物仿真训练装置，其特征在于，包括电梯电气控制柜、电梯控制按钮(1)、电机运动组件、数据交换组件(6)、仿真组件(7)以及显示组件(8)，所述电梯控制按钮(1)与所述电梯控制柜相连，所述电机运动组件和数据交换组件(6)均与电梯电气控制柜(2)相连，所述数据交换组件(6)通过转速传感器(5)与电机运动组件相连，所述仿真组件(7)与数据交换组件(6)相连，所述显示组件(8)与仿真组件(7)相连；所述电梯电气控制柜(2)接收电梯控制按钮(1)的按钮信号后，驱动电机运动组件运转，所述转速传感器(5)检测电机运动组件的转速后，将转速信号发送给数据交换组件(6)，所述数据交换组件(6)将转速数据并发送给仿真组件(7)，所述仿真组件(7)根据转速数据在虚拟环境中驱动轿厢三维模型和层门三维模型产生相应动作并在显示组件(8)上进行显示，所述仿真组件(7)将虚拟环境中电梯三维模型的状态信息通过数据交换组件(6)发送给电梯电气控制柜(2)，所述电梯电气控制柜(2)根据虚拟环境中电梯三维模型的状态信息对电机运动组件进行对应速度或启停控制；

所述电梯三维模型包括电梯中的井道、轿厢、曳引电机(3)、限速器、对重块、缓冲器、层门装置、电梯轨道、照明装置、换气装置、行程开关和到位开关；所述电机运动组件包括曳引电机(3)和门机电机(4)；

所述电梯半实物仿真训练装置的工作流程如下：

其中学员的训练对象是电梯电气控制系统，教师根据不同的培训目标设置训练任务，训练任务是电梯电气控制系统的安装、软硬件调试或故障检修训练，学员完成训练任务后，将电梯电气控制柜(2)接入系统中，打开仿真组件(7)中的虚拟仿真系统软件，连接数据交换组件(6)并调用该电梯的三维模型，系统进入仿真运行状态；

如若电梯电气控制柜(2)软硬件系统都无故障，则当外呼梯按钮得到指令后，电梯电气控制柜(2)的控制器通过柜内的门机变频器控制仿真门机电机(4)运转，转速传感器(5)测得仿真门机电机(4)转速并通过数据交换组件(6)将该转速传送至仿真组件(7)，虚拟仿真软件根据所得转速成比例驱动虚拟环境下的电梯三维模型中的电梯门开关门，当电梯门打开后，设立于虚拟环境中的虚拟开门到位开关将开门到位信号通过数据交换组件(6)反馈至电梯电气控制柜(2)中的控制器，控制器控制仿真门机电机(4)停止运行；

当内呼梯按钮得到楼层指令后，电梯电气控制柜(2)的控制器通过柜内的曳引变频器控制仿真曳引电机(3)运转，转速传感器(5)测得电机转速并通过数据交换组件(6)将该转速传送至仿真组件(7)，虚拟仿真软件根据所得转速成比例驱动虚拟环境下的电梯三维模型中的电梯轿厢升降，虚拟环境中的虚拟楼层行程开关将电梯轿厢位置信息通过数据交换组件(6)传递给电梯电气控制柜(2)的控制器，控制器调节曳引电机(3)的运转，直到到达目的楼层。

2.根据权利要求1所述的电梯半实物仿真训练装置，其特征在于，所述仿真组件(7)与所述显示组件(8)相连，数据交换组件(6)与电梯电气控制柜(2)相连；仿真组件(7)通过数据交换组件(6)与电梯电气控制柜(2)进行数据交换。

3.根据权利要求2所述的电梯半实物仿真训练装置，其特征在于，所述虚拟环境中电梯三维模型的状态信息包括用于检测虚拟环境中运动的三维模型位置状态信息的各个虚拟行程开关和到位开关的状态信息，所述电梯电气控制柜(2)根据数据交换组件(6)传送来的虚拟环境中电梯三维模型的状态信息对电机运动组件进行对应速度调节或启停控制。