CN108147240A - 一种数字化的电梯制动能力监测及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数字化的电梯制动能力监测及预警方法，在交通流低的时间段，并确认电梯内没有乘客的情况下进行试验。该方法考虑到了电梯控制系统的驱动能力，在驱动能力充足的情况下，曳引机带闸双向旋转获取驱动扭矩，直接计算制动扭矩；在驱动能力不足的情况下，曳引机带闸单向旋转获取驱动扭矩，并结合不平衡扭矩，间接计算制动扭矩；获取的驱动扭矩可以根据定量连续法准确测量或者定量二分法快速测量。制动扭矩在给定的预警阈值下对电梯进行预警。另外结合电梯轿厢空载下行，记录曳引机达到中间层站时的电流值，通过比较电流值进行带闸运行的预警。本发明所提供的方法，能够快速、准确、数字化和自动化的提供对电梯制动力的监测和预警服务。

Description

一种数字化的电梯制动能力监测及预警方法

技术领域

本发明属于电梯制动器安全领域；特别是涉及一种数字化的电梯制动能力监测及预警方法。

背景技术

电梯是指服务于建筑物内若干特定的楼层，其轿厢运行在至少两列垂直于水平面或与铅垂线倾斜角小于15°的刚性轨道运动的永久运输设备。电梯的服务已经涉及到老百姓工作生活的各个领域，也是老百姓日常生产生活中不可或缺的垂直型交通工具，在社会经济发展中发挥着不可替代的重要作用，更是一种直接关系到人民生命财产安全的特种设备。

电梯曳引机是电梯运行的动力来源，在电梯正常启动和停止时，通过变频器对曳引机施加驱动扭矩，使曳引机处于“零速”状态，制动器进行相应的打开或者关闭动作。此时制动器的功能类似于汽车的驻车制动器(手刹)，用于在车辆停稳后稳定车辆；在电梯遇到紧急情况时，电梯曳引机和制动器断电，抱闸制动器抱紧曳引轮，使电梯轿厢减速直至停止。此时制动器的功能类似于汽车的刹车系统，在行程过程中紧急减速或者制停汽车。制动器是电梯最重要的安全部件。

电梯的抱闸制动器通电时，线圈得电，动铁芯克服制动弹簧作用力，抱闸制动器闸皮远离曳引轮；断电时，线圈失电，制动弹簧释放弹性势能，推动抱闸制动器闸皮抱紧曳引轮完成制动。

通常情况下，抱闸制动器闸皮与曳引轮的距离、摩擦系数和接触压力是影响电梯曳引机本质安全的重要因素。若电梯在停止状态，电梯的抱闸制动器闸皮与曳引轮的距离过大、摩擦系数降低或者接触压力减少，则最终导致制动力的不足，存在电梯系统意外移动的巨大风险；若电梯在运行状态，抱闸制动器与曳引轮的距离过小，抱闸制动器闸皮不能完全脱离曳引轮，存在带闸运行的情况，即制动力过大的现象，长期运行抱闸制动器闸皮势必会严重磨损，存在潜在风险。

电梯曳引机与配合使用的制动器市场上多种多样，类型各异，很难用传统方法直接测量制动器的制动能力，目前已有的典型的关于评估电梯制动器能力的方法，如申请号201510831418.1《电梯曳引机抱闸力矩的估计方法和系统》，该技术方案公开了一种电梯曳引机抱闸力矩的估计方法和系统，但也有一些不足：

1、在计算制动力时，需要带入复杂的公式，并且公式中需要提供系统转动部分的重量G，但在实际应用中会遇到很多困难，无法实现；

2、该技术方案中未考虑制动器带闸运行的情况，会造成潜在风险。

另一申请号201410360562.7《一种电梯制动器制动力矩的检测方法》该技术方案公开了一种电梯制动器制动力矩的检测方法，但也有一些不足：

1、如何定量化的对曳引机施加第一转矩电流和第二转矩电流，是一个实际困难；

2、该技术方案中未综合考虑对重与轿厢的重量差以及曳引机额外施加扭矩的综合影响；

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种通用性强、高效便捷的数字化电梯制动能力监测及预警方法。

本发明所采用的技术方案是，一种数字化的电梯制动能力监测及预警方法，包括步骤，

A.电梯空载；

B.根据电梯控制系统实际情况，获取控制系统驱动能力充足或者控制系统驱动能力不足时的驱动力矩；

C.驱动能力充足时，曳引机双向运行，获取驱动扭矩T_对重和T_对重

直接计算制动扭矩T_制动 T_制动＝(T_轿厢+T_对重)/2；

驱动能力不足时，借助轿厢与对重的不平衡载荷T_质量差

曳引机单向运行时获取的驱动扭矩T_对重

间接计算制动扭矩T_制动

T_制动＝T_质量差+T_对重；

D.制动扭矩T_制动分别与制动器扭矩第一预警值T₁和制动器扭矩第二预警值T₂进行比较；

E.制动扭矩T_制动小于或等于制动器扭矩第一预警值时T₁时，判定制动器制动能力退化严重，应立刻调整；

制动扭矩T_制动小于制动器扭矩第二预警值时T₂大于制动器扭矩第一预警值时T₁时，判定制动器制动能力衰退，应尽快调整；

制动扭矩T_制动大于或等于制动器扭矩第二预警值时T₂时，制动器制动能力良好；

F.对步骤E中制动器制动能力良好的电梯进行曳引机是否带闸运行进行检测；

G.电梯轿厢空载下行额速运行，记录曳引机达到中间层站时的电流值I_z；

H.相邻两次测试，

当|(I_n-I_n-1)/I_n-1|≥5％时，抱闸制动器闸皮与曳引轮距离过近，制动力过大，存在带闸运行风险；

当|(I_n-I_n-1)/I_n-1|＜5％时，抱闸制动器闸皮与曳引轮距离适中，制动力适中，电梯曳引机安全性较高。

步骤B通过定量连续法准确测量驱动力矩或者定量二分法快速测量驱动力矩。

本发明的有益效果是，本发明充分考虑了现有电梯变频器的输出能力，在电梯变频器驱动能力充足的情况下，在曳引机制动器带闸运行时，通过曳引机两方向驱动获取双侧驱动扭矩，直接计算制动扭矩；在电梯变频器驱动能力不足的情况下，在曳引机制动器带闸运行时，借助轿厢与对重的不平衡载荷的质量差扭矩，再通过获取单向驱动扭矩，间接计算制动扭矩。

本发明可以通过定量连续法准确测量的模式或者定量二分法快速测量的模式获取驱动扭矩方法，因此，可以更加灵活的对制动能力进行监测。

本发明能够通过对空载电梯运行时获取电流的方法，对电梯带闸运行的情况进行进一步的监测和预警。

本发明可操作性强，适用性广，自动化程度高，能够准确快速的监测和预警制动器的制动能力。

附图说明

图1是本发明基于数字化的电梯制动能力监测及预警流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本专利提出了一种数字化的电梯制动能力监测及预警方法。针对制动力过小的问题，在变频器驱动能力充足的情况下，根据电梯在带闸运行时，获取曳引机两方向的驱动扭矩，直接计算制动扭矩；在变频器驱动能力不足的情况下，配合对重和轿厢质量不平衡状态下的扭矩差，以及曳引机单方向的省力驱动扭矩，间接计算制动扭矩。通过制动扭矩监测和预警制动力过小的问题。针对制动力过大的问题，在空载状态下，通过运行过程中的电流值监测和预警制动力过大的问题。

如图1所示，本发明数字化的电梯制动能力监测及预警方法，包括步骤，

A.电梯空载；

B.通过定量连续法准确测量或者定量二分法快速测量驱动力矩(在控制系统驱动能力充足或者控制系统驱动能力不足时的情况下)；

C.驱动能力充足时，曳引机带闸双向运行，获取驱动扭矩T_对重和T_对重

直接计算制动扭矩T_制动 T_制动＝(T_轿厢+T_对重)/2；

驱动能力不足时，借助轿厢与对重的不平衡载荷T_质量差

曳引机单向运行时获取的省力驱动扭矩T_对重

间接计算制动扭矩T_制动

T_制动＝T_质量差+T_对重；

D.在控制系统驱动能力充足或者控制系统驱动能力不足情况下，计算得到的制动扭矩T_制动，分别与制动器扭矩第一预警值T₁和制动器扭矩第二预警值T₂进行比较；

E.制动扭矩T_制动小于或等于制动器扭矩第一预警值时T₁时，判定制动器制动能力退化严重，应立刻调整；

制动扭矩T_制动小于制动器扭矩第二预警值时T₂大于制动器扭矩第一预警值时T₁时，判定制动器制动能力衰退，应尽快调整；

制动扭矩T_制动大于或等于制动器扭矩第二预警值时T₂时，制动器制动能力良好；

F.对步骤E中制动器制动能力良好的电梯进行曳引机是否带闸运行的监测；

G.电梯轿厢空载下行额速运行，记录曳引机达到中间层站时的电流值I_z；

H.相邻两次测试结果，

当|(I_n-I_n-1)/I_n-1|≥5％时，抱闸制动器闸皮与曳引轮距离过近，制动力过大，存在带闸运行风险；

当|(I_n-I_n-1)/I_n-1|＜5％时，抱闸制动器闸皮与曳引轮距离适中，制动力适中，电梯曳引机安全性较高。

第一步，先监测及预警制动力不足的情况。即在制动器断电抱紧曳引轮的情况下，具体通过定量连续法准确测量或者定量二分法快速测量的模式，获取驱动力矩，并充分考虑了变频器的驱动能力，在不同的驱动能力下，通过获取必要的驱动扭矩，最终换算制动扭矩。

第二步，在第一步监测未出现制动力不足的情况下，再监测预警制动力矩过大的情况，即监测运行时是否存在着带闸运行的情况。在电梯空载运行时，记录电梯运行至中间层站时的电流，通过定期监测的电流的变化量判断是否带闸运行。

具体步骤为：

准备工作：

选择在电梯交通流量低的时间段，通过电梯内置程序和外置传感器相结合的方式，确认电梯轿厢内没有乘客，电梯制动能力监测及预警方可开始。否则，不能开展此试验。

电梯制动能力监测预警开始后，关闭并持续锁紧轿门，不再响应电梯的内选与外呼操作，避免干扰测试。各层外呼面板与内选面板分别给予提示，对等梯乘客给予必要的提醒。

在此检测过程中，电梯轿厢正常自动行驶至中间层站，以减少轿厢侧和对重侧的钢丝绳重量以及补偿装置重量的影响(如果有补偿装置)。

第一步：

定义电梯如下参数：

T_对重：在抱闸制动器处于抱紧曳引轮状态下，曳引机强制驱动使对重朝向下方向运行时的临界驱动扭矩，即恰好是曳引机超过旋转脉冲时的驱动扭矩(Nm)

T_轿厢：在抱闸制动器处于抱紧曳引轮状态下，曳引机强制驱动使轿厢朝向下方向运行时的临界驱动扭矩，即恰好是曳引机超过旋转脉冲时的驱动扭矩(Nm)

T_制动：制动器提供的制动扭矩(Nm)

T_质量差：由于对重和轿厢重量差而引起的不平衡扭矩(Nm)，与平衡系数有关，每台电梯是固定值

电梯在进行制动力不足的监测及预警过程中，电梯抱闸制动器全程断电，制动弹簧释放弹性势能，即抱闸制动器紧贴曳引轮，曳引轮带闸运行。

①在电梯变频器驱动能力充足的情况下:

曳引机向顺时针和逆时针两个方向分别驱动，直接获取T_对重和T_轿厢，并在在抱闸制动器抱紧曳引轮的情况下，建立系统转矩平衡方程：

T_轿厢＝T_质量差+T_制动 (1)

T_对重+T_质量差＝T_制动 (2)

根据(1)和(2)，可以求得T_制动

T_制动＝(T_轿厢+T_对重)/2

即在电梯变频器驱动能力充足的情况下，可以通过顺时针和逆时针旋转的方式，直接获取T_对重和T_轿厢，进而可以直接计算制动扭矩T_制动。

②在电梯变频器驱动能力不足的情况下:

电梯控制系统驱动曳引机旋转的方向与对重向下运行的方向的一致，直接获取T_对重，借助电梯对重和轿厢的不平衡状态的质量差T_质量差，间接求得制动扭矩T_制动。

定义参数：

额定扭矩：T(Nm)

额定载重量：Q(Kg)

额定电流：I(A)

额定功率：P(Kw)

轿厢自重：G(Kg)

对重自重：W(Kg)

电梯平衡系数：K

钢丝绳倍率：a

曳引轮节圆直径：D(m)

减速器传动比：b

传动系统总机械效率：η

制动器第一预警值：T₁

制动器第二预警值：T₂

125％额定载荷的轿厢在最低站附近制停，静态制动力矩：M_s(Nm)

轿厢侧钢丝绳质量：m_L(Kg)

在永磁同步电机中，定义减速器传动比：b＝1，传动系统总机械效率：η＝1

电梯在中间层站，但由于对重和轿厢的质量差，导致曳引机顺时针旋转或者逆时针旋转时，驱动扭矩有所不同。当变频器的驱动能力不足的情况下，选择当驱动力矩的施加方向与不平衡力矩的方向相同时(即驱动扭矩朝对重向下运行的方向)，驱动矩值处于偏小的状态，建立系统转矩平衡方程：

T_对重+T_质量差＝T_制动

当电梯轿厢处于中间层站位置时，且曳引机无动力驱动时，抱闸制动器只需要克服对重与轿厢的重量差，作用在抱闸制动器扭矩上为：

在永磁同步电机中，定义减速器传动比：b＝1，传动系统总机械效率：η＝1，即简化为：

即在电梯变频器驱动能力不足的情况下，驱动扭矩朝对重向下运行的方向时，直接获取T_对重，根据T_质量差，进而可以间接获得T_制动。

③可以由以下两种方法，获取T_轿厢和T_对重：

1.通过定量连续法准确测量模式：

电梯在不打开抱闸制动器的情况下，曳引机向顺时针或者逆时针分别旋转，获取T_轿厢或T_对重，具体给曳引机主机输出0.5T至1.1T随时间连续线性变化的扭矩，通过检测曳引机编码器脉冲数变化，若超出脉冲数设定值(定义超出30个脉冲数)，记录超出设定值时刻的主机输出扭矩：T_对重(即使在驱动能力不足的情况下，在试验时一定可以获取到)和T_轿厢(在驱动能力充足的情况下，在试验时可以获取到)，另外T_轿厢大于T_对重，所以十分容易区分。

2.通过定量二分法快速测量模式：

电梯在不打开抱闸制动器的情况下，曳引机顺时针或者逆时针分别旋转，获取T_轿厢或T_对重。按照二分查找算法逐一对曳引机施加定量扭矩，曳引机扭矩的施加范围为0.5T至1.1T，通过检测编码器脉冲数变化(定义超出30个脉冲数)，若超出脉冲数设定值，记录超出设定值时刻的主机输出扭矩：T_对重(即使在驱动能力不足的情况下，在试验时一定可以获取到)和T_轿厢(在驱动能力充足的情况下，在试验时可以获取到)，另外T_轿厢大于T_对重，所以十分容易区分。

④设定预警阈值

定义：以125％额定额定载荷的轿厢，在最低站附近制停，则静态制动力矩：

在永磁同步电机中，定义减速器传动比：b＝1，传动系统总机械效率：η＝1，即简化为：

在相同工况条件下，通常曳引机制动器的静态摩擦力大于动态摩擦力，并考虑到系统的一定安全冗余，因此定义：

制动器第一预警值：T1＝1.1Ms

制动器第二预警值：T2＝1.1T1

⑤结论

若T_制动≥T₂，该电梯制动器提供的制动扭矩大于等于制动器第二预警值，则制动器制动能力良好，可以进入“第二步”监测预警测试；

若T₁＜T_制动＜T₂该电梯制动器提供的制动扭矩介于第一预警值和第二预警值之间，则制动器制动能力衰退，应尽快调整；

若T_制动≤T₁该电梯制动器制动提供的扭矩小于第一预警值，则制动器制动能力退化严重，应立刻调整；

第二步：

在T_制动≥T₂即制动器制动能力良好的情况下，方可进行电梯曳引机是否带闸运行的监测与预警。

由于已经确认电梯轿厢内没有乘客，即空载轿厢，电梯轿厢从最高层站正常运行至最低层站，当电梯轿厢达到中间层站时，记录曳引机的电流值I_z。则定期监测该曳引机的电流值I_z(Z＝1、2、3………n)

当即表示相邻两次测试中电流值变化大于等于5％，存在抱闸制动器制动力过大的风险，即电梯正常运行时带闸运行，应尽快调整。

当即表示相邻两次测试中电流值变化小于5％，不存在电梯带闸运行的情况，电梯曳引机制动器安全性较高。

实施例：

额定载重量：Q＝1000(Kg)

额定电流：I＝39(A)

额定功率：P＝17(Kw)

额定扭矩：T＝670(Nm)

钢丝绳倍率：a＝2:1

电梯平衡系数：K＝0.45

传动系统总机械效率：η＝1

重力加速度g＝10(m/s2)

曳引轮节圆直径：D＝0.4(m)

轿厢侧钢丝绳质量：m_L＝50(Kg)

当电梯控制系统驱动能力不足的条件下，在曳引机超出脉冲数设定

值时，电梯控制系统获取T_对重＝106％T＝710.2(Nm)。

电梯轿厢停至中间层站，由于对重和轿厢不平衡引起的扭矩为：

则该电梯制动器提供的制动扭矩为T_制动＝T_质量差+T_对重＝1160.2(Nm)

制动器第一预警值：T₁＝1.1 M_s＝1045(Nm)

制动器第二预警值：T₂＝1.1 T₁＝1149.5(Nm)

即T₁＜T_制动＜T₂，该电梯制动器提供的制动扭矩介于第一预警值和第二预警值之间，则表明制动器制动能力衰退，应尽快调整。

综述，本发明在变频器驱动能力充足的情况下，通过电梯曳引机在带闸状态下，获取顺时针和逆时针旋转的驱动扭矩的方式，直接计算制动器的制动扭矩，配合设定的阈值，对制动能力过小进行监测和预警；

在变频器驱动能力不足的情况下，通过电梯曳引机在带闸状态下，获取曳引机单方向的省力驱动扭矩，在借助对重与轿厢质量不平衡状态下的不平衡扭矩，间接计算制动器的制动扭矩，配合设定的阈值，对制动能力过小进行监测和预警；

本发明提供的方法只需要提供电梯基础易获得参数即可，并且充分考虑了控制器驱动能力不足和充足的两种情况；

本发明为了实现对电梯制动器制动力过大的监测和预警，即需要判断电梯制动器带闸运行的情况，引入了电梯空载状态下的曳引机在一定位置时的驱动电流，并进行对比分析。

值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，也可用基本相同的结构，可以实现本发明的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种数字化的电梯制动能力监测及预警方法，其特征在于，包括步骤，

A.电梯空载；

B.根据电梯控制系统实际情况，获取控制系统驱动能力充足或者控制系统驱动能力不足时的驱动力矩；

C.驱动能力充足时，曳引机双向运行，获取驱动扭矩T_对重和T_对重

直接计算制动扭矩T_制动T_制动＝(T_轿厢+T_对重)/2；

驱动能力不足时，借助轿厢与对重的不平衡载荷T_质量差

曳引机单向运行时获取的驱动扭矩T_对重

间接计算制动扭矩T_制动

T_制动＝T_质量差+T_对重；

D.制动扭矩T_制动分别与制动器扭矩第一预警值T₁和制动器扭矩第二预警值T₂进行比较；

E.制动扭矩T_制动小于或等于制动器扭矩第一预警值时T₁时，判定制动器制动能力退化严重，应立刻调整；

制动扭矩T_制动小于制动器扭矩第二预警值时T₂大于制动器扭矩第一预警值时T₁时，判定制动器制动能力衰退，应尽快调整；

制动扭矩T_制动大于或等于制动器扭矩第二预警值时T₂时，制动器制动能力良好；

F.对步骤E中制动器制动能力良好的电梯进行曳引机是否带闸运行进行检测；

G.电梯轿厢空载下行额速运行，记录曳引机达到中间层站时的电流值I_z；

H.相邻两次测试，

当|(I_n-I_n-1)/I_n-1|≥5％时，抱闸制动器闸皮与曳引轮距离过近，制动力过大，存在带闸运行风险；

当|(I_n-I_n-1)/I_n-1|＜5％时，抱闸制动器闸皮与曳引轮距离适中，制动力适中，电梯曳引机安全性较高。

2.根据权利要求1所述的数字化的电梯制动能力监测及预警方法，其特征在于，步骤B通过定量连续法准确测量驱动力矩或者定量二分法快速测量驱动力矩。