CN109573772A - 一种通用电梯健康度评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用电梯健康度评估系统，包括电梯健康度评估上位机、USB/SD存储设备和电梯状态采集器；所述电梯状态采集器用于采集电梯故障信息以及环境参数；所述USB/SD存储设备用于存储电梯故障信息以及环境参数；所述电梯健康度评估上位机用于根据USB/SD存储设备中数据确定电梯的综合健康度并建立数据库，并按照电梯和用户对电梯的综合健康度进行索引和分类。本发明的通用电梯健康度评估系统具有通用性好、方便携带以及便于统计分析等优点，能够采集不同品牌电梯运行过程中的各物理量，判断出电梯的性能变化趋势并实现对故障的预测预警，从而降低电梯事故发生率。

Description

一种通用电梯健康度评估系统

技术领域

本发明涉及电梯控制技术领域，具体为一种通用电梯健康度评估系统。

背景技术

随着我国建筑业的迅猛发展和城镇化水平的不断提高，交通、物流和住宅等领域的电梯使用量在逐年加大，使用10年以上的“老旧电梯”比例也在随之攀升。对于电梯乘客来说，电梯是否正确运行直接关系到自身的生命安全。通过分析各个电梯的乘运质量，评估电梯目前的健康水平，对及时发现并消除电梯潜在的故障隐患具有很大的帮助，而且一定程度上可以提高乘客乘坐电梯的舒适度。

目前，市面上已经出现了许多对电梯健康状态进行监测和管理的系统，但这些大多只能应用在某一特定品牌的电梯上，通用性比较差。其次，大多数系统只是将检测的电梯运行参数简单显示出来，缺乏对判断电梯潜在故障数据的收集和分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通用的电梯健康度评估系统，解决了不同电梯之间通信协议各不相同，对电梯健康状态进行监测和管理的系统兼容性差的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种通用电梯健康度评估系统，包括电梯健康度评估上位机、USB/SD存储设备和电梯状态采集器；其中：

所述电梯状态采集器用于采集电梯故障信息以及环境参数；

所述USB/SD存储设备用于存储电梯故障信息以及环境参数；

所述电梯健康度评估上位机用于根据USB/SD存储设备中数据确定电梯的综合健康度并建立数据库，并按照电梯和用户对电梯的综合健康度进行索引和分类。

优选地，所述电梯状态采集器包括外部存储器、故障警报模块、嵌入式处理器、触摸屏和传感器模块，所述传感器模块包括实时故障监测模块和环境参数采集模块，其中：

所述实时故障监测模块包括门开关状态监测传感器、人体感应器和电梯平层传感器；

所述环境参数采集模块包括温湿度传感器、三轴加速度传感器和噪声传感器；

所述外部储存器用于存储传感器模块采集的数据；

所述嵌入式处理器用于根据故障监测模块采集的信息判断是否出现故障；

所述故障警报模块响应于嵌入式处理器的故障判断发出警报；

所述触摸屏用于人机交互，实现电梯状态采集器的工作状态设置和外部存储器中数据的移动。

优选地，所述电梯健康度评估上位机根据USB/SD存储设备中数据确定电梯的综合健康度的具体计算方法为：

分别进行电梯的振动评估、Z轴加速度评估、噪声评估和温湿度评估，对上述评估结果进行加权得到电梯的综合健康度。

优选地，电梯的综合健康度的计算公式为：

式中，D为最终的健康度综合评估分数，v_i表示第i个待评估项对应的权值，n表示所有待评估项的数量。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)通本发明用性好，能应用在不同品牌的电梯上；(2)本发明既可以对突发的电梯故障进行报警，也可以判断电梯的性能变化趋势以及是否存在潜在故障；(3)本发明采用分体式系统结构，能够根据用户的需求增加或减少某一装置的功能，便携性比较好。

附图说明

图1为本发明通用电梯健康度评估系统结构示意图。

图2为本发明通用电梯健康度评估系统的综合健康度评估方法原理图。

图3为本发明通用电梯健康度评估系统的软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种通用电梯健康度评估系统，采用分体式结构，并采用离线分析的模式，即将整个系统分为电梯健康度评估上位机、USB/SD存储设备和电梯状态采集器，其中：

所述电梯状态采集器用于采集电梯故障信息以及环境参数；

所述USB/SD存储设备用于存储电梯故障信息以及环境参数；

所述电梯健康度评估上位机用于根据USB/SD存储设备中数据确定电梯的综合健康度并建立数据库，并按照电梯和用户对电梯的综合健康度进行索引和分类，以便于用户对所有数据进行统计分析。

进一步的实施例中，所述电梯状态采集器包括外部存储器、故障警报模块、嵌入式处理器、触摸屏和传感器模块，所述传感器模块包括实时故障监测模块和环境参数采集模块，其中：

所述实时故障监测模块包括门开关状态监测传感器、人体感应器和电梯平层传感器，在某些实施例中，门开关状态监测传感器选用接近开关，人体感应器选用红外探测器，电梯平层传感器选用磁控开关，实时故障监测模块负责采集与电梯实时故障相关的物理量，具体分别为门开关状态、电梯内是否有人以及电梯所在楼层；

所述环境参数采集模块包括温湿度传感器、三轴加速度传感器和噪声传感器；

所述外部储存器用于存储传感器模块采集的数据；

所述嵌入式处理器用于根据故障监测模块采集的信息判断是否出现故障，在某些实施例中，具体方法为：

嵌入式处理器通过检测与实时故障监测模块三个传感器所连三个引脚的电平来判断是否发生实时故障。电梯门打开时门开关状态监测传感器输出电平为高，电梯门关闭时输出电平为低，当嵌入式处理器检测到高电平持续时间超过阈值时，嵌入式处理器作出故障判断；人体感应器检测到人时输出高电平，当嵌入式处理器检测到门开关状态监测传感器输出低电平持续时间和人体感应器输出高电平持续时间均超过阈值时，嵌入式处理器作出故障判断；井道中每个楼层的平层装有磁条，电梯停留在平层位置时，磁力最强，输出高电平，当嵌入式处理器连续检测到两次高电平的时间间隔超过阈值时，作出故障判断。

所述故障警报模块响应于嵌入式处理器的故障判断发出警报；

所述触摸屏用于人机交互，实现电梯状态采集器的工作状态设置和外部存储器中数据的移动。

进一步的实施例中，所述电梯健康度评估上位机根据USB/SD存储设备中数据确定电梯的综合健康度的具体计算方法为：

分别进行电梯的振动评估、Z轴加速度评估、噪声评估和温湿度评估，对上述评估结果进行加权得到电梯的综合健康度。

进一步的实施例中，电梯的综合健康度的计算公式为：

式中，D为最终的健康度综合评估分数，v_i表示第i个待评估项对应的权值，n表示所有待评估项的数量。

进一步的实施例中，对电梯进行振动评估、Z轴加速度评估、噪声评估和温湿度评估的具体方法为：

对三轴加速度传感器的原始数据进行ISO8041滤波，绘制X轴、Y轴和Z轴的加速度曲线，根据曲线提取X轴、Y轴和Z轴振动加速度a_X、a_Y和a_Z，对电梯进行振动评估，公式如下：

其中，a_X、a_Y和a_Z为电梯的三轴加速度值，W_d为加权系数；

对振动指标进行评估等级划分：N<1，优；1＜N＜2，良；2≤N＜4，中；N≥4，差；

对Z轴加速度指标进行评估等级划分：a_Z＜0.5m/s²，优；0.5≤a_Z＜1m/s²，良；1≤a_Z＜1.5m/s²，中；a_Z≥1.5m/s²，差；

对噪声指标进行评估等级划分：N<15dB，优；15≤N＜35dB，良；35≤N＜55dB，中；N≥55dB，差；

根据测量的温度t和湿度h，分别求取温度和湿度对应的正指标T和H:

K₁和K₂分别为温度和湿度的适宜值，将温湿度指标T和H划分成优、良、中、差这四个等级；

根据专家经验或历史数据，统计电梯的振动指标、Z轴加速度指标、噪声指标或温湿度指标不达标的概率，并将该概率划分为下表所列情况之一：

发生概率	说明	概率等级
			0.8～1.0	频繁	A
0.6～0.8	很可能	B
			0.4～0.6	偶尔	C
0.2～0.4	极少	D
			0.05～0.2	不大可能	E
0～0.05	不可能	F

根据单个指标的评估等级和不达标概率，进行综合指标的划分，将综合指标划分成下表所列情况之一：

对综合指标进行分组，设定相应权值，具体分组为：

计算综合的健康度评估分数：

式中，D为最终的健康度综合评估分数，v_i表示第i个待评估项对应的权值，n表示所有待评估项的数量。

电梯状态采集器安装在电梯轿厢的侧面，随着电梯一起上下运行。电梯状态采集器包括三部分，第一部分包括嵌入式处理器、触摸屏、故障警报模块、外部存储器，负责数据预处理和存储；第二部分包括电梯门开关状态监测传感器、人体感应器和电梯平层传感器等模块组成，主要功能是电梯在突发蹲底、冲顶、非平层停梯等故障时进行实时报警，通知救援人员尽快赶到故障电梯所在位置进行救援；第三部分包括温湿度传感器、三轴加速度传感器和噪声传感器，主要功能是对电梯运行的环境参数进行采集后暂存外部存储器，方便电梯健康度评估上位机对采集到数据进行深度处理和分析。电梯健康度评估上位机基于C#编程语言开发，不仅可以通过对单次测量数据处理，分析电梯当前的乘运质量并生成相应的性能报告，而且可以查看分析历史测量数据，判断电梯性能的变化趋势以及是否存在潜在故障。

如图3所示，本发明的通用电梯健康度评估系统的具体运用过程为：

步骤1、工作人员将电梯状态采集器安装在任一电梯的侧面，利用触摸屏的操作界面设置故障监测模块各传感器所对应的故障阈值，设置环境参数采集模块的工作时段，参数设置完毕后在操作界面上选择“开始”进行单次测量。

步骤2、当突然出现电梯困人、轿厢非平层停靠和开门走梯等故障时，嵌入式处理器会根据实时故障监测模块反馈的数据判断出故障的类型，并通过故障警报模块通知救援人员尽快赶到现场进行救援以及电梯的维修。此外，环境参数采集模块会根据工作人员设置的工作时段将各传感器的反馈数据以txt文件的形式储存到外部存储器中。

步骤3、工作人员通过在触摸屏的操作界面上选择“上传”将外部储存器中的数据转存到外接的USB/SD存储设备中。

步骤4、工作人员输入账号和密码进入到电梯健康度评估上位机的操作界面。系统将用户分为两种：普通用户和营理员。普通用户只能访问该用户的电梯群，而管理员可访问所有用户的所有电梯。

步骤5、工作人员在电梯健康度评估上位机的操作界面上可以查看用户所拥有的所有电梯的基本情况如电梯总数、电梯故障数量和电梯健康数量等，可以自行添加新电梯记录以及删除旧电梯记录，点击每条电梯记录里的查看按钮即可查看该电梯的所有健康度综合评估报告内容。

步骤6、工作人员在电梯健康度评估上位机的操作界面上添加新电梯记录后点击该记录，系统便会弹出信号分析模块界面。工作人员可以在此界面查看根据传感器历史数据绘制的曲线图。

步骤7、工作人员在信号分析模块点击“生成报告”按钮，信号分析模块会分别进行电梯的振动评估、Z轴加速度评估、噪声评估和温湿度评估，最后对这几个评估结果进行加权得到电梯的健康度综合评估结果。

步骤8、电梯健康度评估上位机自动生成综合评估报告并存储到数据库中，根据用户和电梯进行索引和分类得到新的记录，以便于用户对所有数据进行统计分析。

步骤7中信号分析模块会分别进行电梯的振动评估、Z轴加速度评估、噪声评估和温湿度评估，最后对这几个评估结果进行加权得到电梯的健康度综合评估结果，以此来分析电梯的运行性能。如图2所示，具体方法为：

步骤7.1、划分电梯振动指标的评估等级。电梯从关门状态到开门状态为一次测量周期，Z轴加速度传感器采集电梯启动加速、途中匀速、制停减速整个过程的加速度信号，X轴和Y轴加速度传感器采集电梯侧向晃动的加速度。先对三轴加速度传感器采集到的原始数据进行ISO8041滤波，绘制X轴、Y轴和Z轴的加速度曲线，根据曲线提取X轴、Y轴和Z轴振动加速度a_X、a_Y和a_Z。进一步地，利用UIC标准中的通用舒适度计算公式来对电梯进行振动评估，公式如下：

其中，a_X、a_Y和a_Z为电梯的三轴加速度值，W_d为UIC标准中规定的加权系数。进一步地，根据UIC标准对振动指标进行评估等级划分：N<1，优；1≤N＜2，良；2≤N＜4，中；N≥4，差。

步骤7.2、划分电梯Z轴加速度指标的评估等级。GB/T10058-2009《电梯技术条件》一文规定电梯启动和制动时的Z轴加速度绝对值a_Z不能超过1.5m/s²，Z轴加速度过大会使乘客产生“超重”和“失重”的感觉，从而导致电梯乘坐体验不佳。对Z轴加速度指标进行评估等级划分：a_Z＜0.5m/s²，优；0.5≤a_Z＜1m/s²，良；1≤a_Z＜1.5m/s²，中；a_Z≥1.5m/s²，差。

步骤7.3、划分电梯噪声指标的评估等级。GB/T10058-2009《电梯技术条件》一文规定电梯额定速度低于2.5m/s时，运行中轿厢内噪声值N最大为55dB。根据专家经验，对噪声指标进行评估等级划分：N<15dB，优；15≤N＜35dB，良；35≤N＜55dB，中；N≥55dB，差。

步骤7.4、划分电梯温湿度指标的评估等级。首先，用户须在电梯健康度评估上位机中设置温度和湿度的适宜值K₁和K₂。进一步地，根据传感器测量的温度t和湿度h，分别求取温度和湿度对应的正指标T和H:

进一步地，对温湿度指标T和H进行评估等级划分，同样划分成优、良、中、差这四个等级。

步骤7.5、统计电梯的振动指标、Z轴加速度指标、噪声指标或温湿度指标不达标的概率，将该概率划分为下表所列情况之一：

步骤7.6、根据单个指标的评估等级和不达标概率，进行综合指标的划分。所述综合指标为电梯的振动评估、Z轴加速度评估、噪声评估和温湿度评估通过评估等级和不达标概率的结合表示。将综合指标划分成下表所列情况之一：

步骤7.7、根据权重，对综合指标进行分组。

步骤7.8、计算综合的健康度评估分数D：

式中，D为最终的健康度综合评估分数，v_i表示第i个组对应的权值，n表示参与评估指标的数量。

Claims (5)

1.一种通用电梯健康度评估系统，其特征在于，包括电梯健康度评估上位机、USB/SD存储设备和电梯状态采集器；其中：

所述电梯状态采集器用于采集电梯故障信息以及环境参数；

所述USB/SD存储设备用于存储电梯故障信息以及环境参数；

所述电梯健康度评估上位机用于根据USB/SD存储设备中数据确定电梯的综合健康度并建立数据库，并按照电梯和用户对电梯的综合健康度进行索引和分类。

2.根据权利要求1所述的通用电梯健康度评估系统，其特征在于，所述电梯状态采集器包括外部存储器、故障警报模块、嵌入式处理器、触摸屏和传感器模块，所述传感器模块包括实时故障监测模块和环境参数采集模块，其中：

所述实时故障监测模块包括门开关状态监测传感器、人体感应器和电梯平层传感器；

所述环境参数采集模块包括温湿度传感器、三轴加速度传感器和噪声传感器；

所述外部储存器用于存储传感器模块采集的数据；

所述嵌入式处理器用于根据故障监测模块采集的信息判断是否出现故障；

所述故障警报模块响应于嵌入式处理器的故障判断发出警报；

所述触摸屏用于人机交互，实现电梯状态采集器的工作状态设置和外部存储器中数据的移动。

3.根据权利要求1所述的通用电梯健康度评估系统，其特征在于，所述电梯健康度评估上位机根据USB/SD存储设备中数据确定电梯的综合健康度的具体计算方法为：

分别进行电梯的振动评估、Z轴加速度评估、噪声评估和温湿度评估，对上述评估结果进行加权得到电梯的综合健康度。

4.根据权利要求3所述的通用电梯健康度评估系统，其特征在于，电梯的综合健康度的计算公式为：

式中，D为最终的健康度综合评估分数，v_i表示第i个待评估项对应的权值，n表示所有待评估项的数量。

5.根据权利要求3所述的通用电梯健康度评估系统，其特征在于，对电梯进行振动评估、Z轴加速度评估、噪声评估和温湿度评估的具体方法为：

对三轴加速度传感器的原始数据进行ISO8041滤波，绘制X轴、Y轴和Z轴的加速度曲线，根据曲线提取X轴、Y轴和Z轴振动加速度a_X、a_Y和a_Z，对电梯进行振动评估，公式如下：

其中，a_X、a_Y和a_Z为电梯的三轴加速度值，W_d为加权系数；

对振动指标进行评估等级划分：N<1，优；1≤N＜2，良；2≤N＜4，中；N≥4，差；

对Z轴加速度指标进行评估等级划分：a_Z＜0.5m/s²，优；0.5≤a_Z＜1m/s²，良；1≤a_Z＜1.5m/s²，中；a_Z≥1.5m/s²，差；

对噪声指标进行评估等级划分：N<15dB，优；15≤N＜35dB，良；35≤N＜55dB，中；N≥55dB，差；

根据测量的温度t和湿度h，分别求取温度和湿度对应的正指标T和H:

K₁和K₂分别为温度和湿度的适宜值，将温湿度指标T和H划分成优、良、中、差这四个等级；

统计电梯的振动指标、Z轴加速度指标、噪声指标或温湿度指标不达标的概率，并将概率划分为下表所列情况之一：

根据单个指标的评估等级和不达标概率，进行综合指标的划分，将综合指标划分成下表所列情况之一：

对综合指标进行分组，设定相应权值，具体分组为：

计算综合的健康度评估分数：

式中，D为最终的健康度综合评估分数，v_i表示第i个待评估项对应的权值，n表示所有待评估项的数量。