CN110127484B - 一种电梯桥箱运行位置监控预警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电梯桥箱运行位置监控预警系统及方法。在电梯桥箱和导轨上安装发射式光栅传感器，在电梯桥箱顶部安装NB‑IoT模块，光栅传感器连接NB‑IoT模块，NB‑IoT将数据经监控中心网关发送到处理器，处理器对实时桥箱位置数据进行判断，如已超过标准则直接告警；如未超过国家标准则存储到数据中心，通过人工智能算法对电梯位置潜在故障进行预测，提前进行预警。本发明能对桥箱实时位置异常进行告警；并判断出电梯在未来一段时间内是否会出现故障，对异常进行预警。
Description
技术领域
本发明涉及利用物联网和人工智能预测手段来管理电梯的领域，特别是涉及一种通过窄带物联网和人工智能方法来判断电梯位置故障的系统和方法。。
背景技术
电梯的桥箱位置是电梯正常运行的基准数据，许多电梯故障可从桥箱位置异常中提前获知。现有的获取电梯桥箱位置异常的方法大都通过桥箱平层感应器来获取桥箱位置，平层感应器一般有上下两个组成，两个平层感应器通过动作的时间来反馈给电梯主板，主板通过计算和对比自学习数据后来控制电梯的楼层数据，并将楼层信息进行显示。有些电梯会将测得的楼层位置数据传送给主板后，经与主板数据核对，如数据异常电梯会停止，进入保护状态。现有的平层感应器存在的安全隐患如下：1.由于现有的桥箱位置信息是存储在电梯主板内，一旦主板出现故障，桥箱异常问题仍无法得到妥善处理，这也是经常会有电梯桥箱位置异常但电梯仍然处于运行状态的原因；2.现在的桥箱故障问题均需检修人员现场检测为主，时效性较差且不具有提前预知性。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于窄带物联网和人工智能的电梯桥箱监控方法及系统，采用光栅传感器、NB-IoT窄带物联网和人工智能等技术的结合，能够实时监控并有效预测电梯桥箱位置故障。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一、电梯桥箱运行位置监控预警系统
系统包括电梯导轨、电梯桥箱、光栅传感器、NB-IoT无线通信模块和处理器，电梯桥箱与电梯导轨之间安装有光栅传感器用于测量电梯桥箱的运行位置数据，电梯桥箱上还设有NB-IoT无线通信模块，NB-IoT无线通信模块与光栅传感器无线连接用于接收光栅传感器测量得到的运行位置数据，NB-IoT无线通信模块通过监控中心网关与处理器连接，NB-IoT无线通信模块将接收到的运行位置数据发送到处理器，处理器显示电梯桥箱运行位置监控处理结果。
优选的，光栅传感器主要由刻线、钢带、红外光源、光电二极管接收器组成，电梯导轨沿长度方向安装有钢带，钢带的表面沿长度方向间隔设有多条刻线形成光栅，每条刻线沿垂直于钢带的长度方向刻设，红外光源安装在电梯桥箱上并朝向钢带上的刻线照射，光电二极管接收器安装在电梯桥箱上靠近红外光源的位置处用于接收刻线经红外光源照射后的反射光，光电二极管接收器的输出端与NB-IoT无线通信模块相连用于将处理得到的数据发送至NB-IoT无线通信模块。
优选的，光电二极管接收器通过模数转换器与NB-IoT无线通信模块相连，模数转换器的正相输入端连接光电二极管接收器，模数转换器的反相输入端接地，模数转换器的输出端与NB-IoT无线通信模块连接。
优选的，红外光源采用红外发光二极管。
二、电梯桥箱运行位置监控预警方法，包括以下步骤：
步骤1：光栅传感器将测量得到电梯桥箱沿电梯导轨上下升降的实时的运行位置数据依次经NB-IoT无线通信模块和监控中心网关发送到处理器；
步骤2：处理器处理得到当前时刻的运行位置数据相对标准电梯位置的偏差值，再根据电梯运行标准判断偏差值是否符合标准，若偏差值不符合电梯运行标准(国家标准GB10058-88)，则实时发出警告；否则，则进入下一步骤；
步骤3：将当前时刻的运行位置数据输入采用机器学习模型中，输出得到下一时刻的预测偏差值，再根据电梯运行标准判断预测偏差值是否符合标准，若预测偏差值符合标准，则将当前时刻的运行位置数据存入历史数据库中；若预测偏差值不符合标准，处理器发出预警；
步骤4：重复步骤1-3，实现对电梯桥箱运行位置的实时监控和预警，并且根据不断更新的历史数据库优化训练机器学习模型，提高机器学习模型判断的准确性。
所述的步骤1具体为：当电梯桥箱沿电梯导轨上下升降，红外光源照射在钢带上任意位置处的刻线形成当前时刻的莫尔条纹，光电二极管接收器接收当前时刻的莫尔条纹的反射光并处理得到实时的运行位置数据。
所述的机器学习模型采用人工神经网络模型或者支持向量机模型，将历史时刻和其对应时刻电梯位置偏差作为模型的输入，将下一时刻电梯位置偏差作为模型的输出，根据输入和输出数据对机器学习模型进行训练。
本发明的系统在电梯桥箱和导轨上安装发射式光栅传感器，在电梯桥箱顶部安装NB-IoT无线通信模块，光栅传感器连接NB-IoT无线通信模块，NB-IoT将数据通过网关发送到处理器，如实时数据超过国家标准GB10058-88，则系统实时告警，如未超过，则输入人工智能模型进行预判，如预测结果为下阶段会故障，则系统自动预警。
本发明的有益效果是：
本发明通过在电梯桥箱和导轨上安装光栅传感器和NB-IoT窄带物联网，NB-IoT窄带物联网具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等优点，将电梯桥箱位置数据实时发送到监控中心，如电梯桥箱位置异常，监控中心可在实时发出异常告警，如电梯桥箱位置正常，如经人工智能模型计算即将出现故障，监控中心会得到异常预警。通过这种电梯桥箱位置的实时告警和预警来实现电梯安全保障。
附图说明
图1是本发明系统框架图；
图2是本发明工作流程图；
图3是本发明的设备安装图；
图4是本发明的电气连线图。
图中：1.电梯导轨、2.电梯桥箱、3.NB-IoT无线通信模块、4.红外光源、5.光电二极管接收器、6.刻线、7.钢带。
具体实施方式
如图1、图3所示，在电梯桥箱2上安装红外光源4和光电二极管接收器5，在电梯桥箱导轨1上安装刻线6和钢带7，构成反射式光栅传感器，根据莫尔条纹原理，可测得桥箱位置偏差。电梯桥箱上部安装NB-IoT(基于蜂窝的窄带物联网)无线通信模块3，将光电二极管接收器5与NB-IoT结点进行连接。NB-IoT节点将数据发送到监控中心网关，网关连接处理器，处理器将处理结果在显示器上进行显示。
基于反射式光栅和莫尔条纹的原理，当电梯桥箱2在上下运动时，莫尔条纹的光强会发生变化，设初始位置为接收亮带信号，当光栅移动的时候，光强会变弱，随着光栅电梯桥箱移动了一个光栅的距离，光电二极管接收器5会接收光强从强变弱的一个过程，通过后续的放大整形电路的处理，成为一个脉冲信号。光栅传感器电路将这种脉冲信号经过换算后可得出电梯桥箱2的绝对位置，并将绝对位置传输给置于桥箱顶部的NB-IoT无线发送模块3。
如图4所示，红外光源4的两端分别接电源、接地。光电二极管接收器5通过AD模数转换设备连接NB-IoT模块3输入端。光电二极管接收器6通过模数转换器与NB-IoT无线通信模块4相连，模数转换器的正相输入端连接光电二极管接收器6，模数转换器的反相输入端接地，模数转换器的输出端与NB-IoT无线通信模块4连接。
如图1、图2所示，本发明的具体工作流程如下：
1)通过光栅传感器获取电梯桥箱位置，传送到NB-IoT节点：在电梯桥箱和导轨上安装反射式光栅传感器，具体为：在电梯桥箱上安装红外光源和光电二极管接收器，在电梯桥箱导轨上安装刻线和钢带，构成反射式光栅传感器，根据莫尔条纹原理，可测得桥箱位置偏差，可精确到μm微米级(如电梯在第N层，距标准位置+20μm，代表超出了标准位置20μm，距标准位置-20μm，代表距离标准位置还差20μm)。
2)通过NB-IoT节点将单位时刻的桥箱位置数据发送到监控中心网关：在电梯桥箱上部安装NB-IoT(基于蜂窝的窄带物联网)无线通信模块，通过NB-IoT模块每隔1s发送到监控中心网关，继而由后者传送给处理器。
3)桥箱位置故障实时告警：实时将桥箱偏差数据传送给处理器，处理器进行计算：对桥箱偏差数据实时进行分析，按照国家标准GB10058-88规定，标准桥箱底部连接板和导轨端面如不应该超过0.5mm,根据偏差的时序函数可计算电梯的起、制动加速度，最大值不得超过1.5m/s，实时速度或加速度其一超过标准则实时产生报警。
4)桥箱故障人工智能预测：如未超过国家标准则存储到数据中心，通过人工智能算法(这里的人工智能算法为人工神经网络或者支持向量机算法)对电梯位置潜在故障进行预测。
通过历史电梯位置故障数据建立人工智能算法模型，通过人工智能算法对电梯位置潜在故障进行预测，通过历史电梯位置数据建立人工智能算法模型，输入为历史时刻和其对应时刻电梯位置偏差，输出为下一时刻电梯位置偏差，并且根据新的电梯位置情况不停对模型进行调整，以提高模型判断的准确性。一旦模型判断出下一时刻位置偏差超标，可提前进行预警。
具体实施中，人工智能算法为人工神经网络或者支持向量机算法。将历史桥箱位置偏差数据和历史时刻作为输入，下一时刻桥箱位置偏差作为输出，构建原始的SVM(Support Vector Machine)支持向量机(或神经网络算法)数据模型。将实时的桥箱偏差数据作为输入，输出端作为人工智能判断下一时刻桥箱偏差的结果，如预测的桥箱位置偏差或电梯运行加速度大于国家标准GB10058-88，可预警。
同时，根据新的电梯位置故障情况不停对人工智能算法模型进行调整，以提高模型判断的准确性。每周对本周历史数据作为对支持向量机数据模型的修正，以进一步对模型进行完善，电梯运行时间越长，模型就越完善，预判准确度就越高。
本发明通过光栅对电梯桥箱停靠位置的定位，及时发现桥箱位置异常状况，并实时将桥箱位置偏差通过NB-IoT(窄带物联网)的无线网络传送到监控中心和处理器，通过处理器判断能执行以下两个功能：功能一能对桥箱实时位置异常进行告警；功能二基于人工智能模型，判断出电梯在未来一段时间内是否会出现故障，对异常进行预警。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种电梯桥箱运行位置监控预警方法，其特征在于：
方法采用电梯桥箱运行位置监控预警系统，系统包括电梯导轨(1)、电梯桥箱(2)、光栅传感器、NB-IoT无线通信模块(3)和处理器，电梯桥箱(2)与电梯导轨(1)之间安装有光栅传感器用于测量电梯桥箱(2)的运行位置数据，电梯桥箱(2)上还设有NB-IoT无线通信模块(3)，NB-IoT无线通信模块(3)与光栅传感器无线连接用于接收光栅传感器测量得到的运行位置数据，NB-IoT无线通信模块(3)通过监控中心网关与处理器连接，NB-IoT无线通信模块(3)将接收到的运行位置数据发送到处理器，处理器显示电梯桥箱运行位置监控处理结果；
所述的光栅传感器主要由刻线(6)、钢带(7)、红外光源(4)、光电二极管接收器(5)组成，电梯导轨(1)沿长度方向安装有钢带(7)，钢带(7)的表面沿长度方向间隔设有多条刻线(6)形成光栅，红外光源(4)安装在电梯桥箱(2)上并朝向钢带(7)上的刻线(6)照射，光电二极管接收器(5)安装在电梯桥箱(2)上靠近红外光源(4)的位置处用于接收刻线(6)经红外光源(4)照射后的反射光，光电二极管接收器(5)的输出端与NB-IoT无线通信模块(3)相连用于将处理得到的数据发送至NB-IoT无线通信模块(3)；
方法包括以下步骤：
步骤1：光栅传感器将测量得到电梯桥箱(2)沿电梯导轨(1)上下升降的实时的运行位置数据依次经NB-IoT无线通信模块(3)和监控中心网关发送到处理器；
所述的步骤1具体为：当电梯桥箱(2)沿电梯导轨(1)上下升降，红外光源(4)照射在钢带(7)上任意位置处的刻线(6)形成当前时刻的莫尔条纹，光电二极管接收器(5)接收当前时刻的莫尔条纹的反射光并处理得到实时的运行位置数据；
步骤2：处理器处理得到当前时刻的运行位置数据相对标准电梯位置的偏差值，再根据电梯运行标准判断偏差值是否符合标准，若偏差值不符合电梯运行标准，则实时发出警告；否则，则进入下一步骤；
步骤3：将当前时刻的运行位置数据输入采用机器学习模型中，输出得到下一时刻的预测偏差值，再根据电梯运行标准判断预测偏差值是否符合标准，若预测偏差值符合标准，则将当前时刻的运行位置数据存入历史数据库中；若预测偏差值不符合标准，处理器发出预警；
所述的机器学习模型采用人工神经网络模型或者支持向量机模型，将历史时刻和其对应时刻电梯位置偏差作为模型的输入，将下一时刻电梯位置偏差作为模型的输出，根据输入和输出数据对机器学习模型进行训练；
步骤4：重复步骤1-3，实现对电梯桥箱运行位置的实时监控和预警，并且根据不断更新的历史数据库优化训练机器学习模型，提高机器学习模型判断的准确性。
2.根据权利要求1所述的一种电梯桥箱运行位置监控预警方法，其特征在于：所述的步骤1具体为：当电梯桥箱(2)沿电梯导轨(1)上下升降，红外光源(4)照射在钢带(7)上任意位置处的刻线(6)形成当前时刻的莫尔条纹，光电二极管接收器(5)接收当前时刻的莫尔条纹的反射光并处理得到实时的运行位置数据。
3.根据权利要求1所述的一种电梯桥箱运行位置监控预警方法，其特征在于：所述的机器学习模型采用人工神经网络模型或者支持向量机模型，将历史时刻和其对应时刻电梯位置偏差作为模型的输入，将下一时刻电梯位置偏差作为模型的输出，根据输入和输出数据对机器学习模型进行训练。
4.根据权利要求1所述的一种电梯桥箱运行位置监控预警方法，其特征在于：所述的光电二极管接收器(5)通过模数转换器与NB-IoT无线通信模块(3)相连，模数转换器的正相输入端连接光电二极管接收器(5)，模数转换器的反相输入端接地，模数转换器的输出端与NB-IoT无线通信模块(3)连接。
5.根据权利要求1所述的一种电梯桥箱运行位置监控预警方法，其特征在于：所述的红外光源(4)采用红外发光二极管。
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