CN111071892B - 一种电梯断电故障监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电梯断电故障监测系统及方法，属于电气监测设备领域，用于监测包括电梯控制器和信号处理板之间用canbus总线相连的电梯，所述电梯断电故障监测系统包括监测平台和数据采集器，所述数据采集器与所述电梯控制器和信号处理板之间的canbus总线及监测平台信号连接；所述数据采集器包括光电隔离器、单片机、无线通信模块；所述光电隔离器、单片机、无线通信模块顺次信号连接。所述电梯断电故障监测系统解决了常规电梯发生电梯断电故障时不能够及时得到信息、及时处置(急修)的问题；减少了电梯故障所造成的损失，提高了电梯的运行维护水平。

Description

一种电梯断电故障监测系统和方法

技术领域

本发明属于电梯设备技术领域，涉及一种电梯监测系统及方法，尤其涉及一种电梯断电故障监测系统及方法。

背景技术

近年来，随着电梯使用量的大幅增加，以及电梯使用时间的不断增长，电梯故障现象不可避免地呈现出增加的趋势。在电梯运行过程中，难免会发生断电故障，电梯异常断电后，一旦发生意外其后果十分严重，因此电梯断电故障的监测是行业内外亟需解决的问题之一。一般来讲，电梯断电故障的原因主要包括以下几方面：(1)电气故障，如继电器损坏、变频器故障、漏电保护故障等；(2)人为因素，如人为误关闭电梯供电等。当发生电梯断电故障时若不能够及时得到信息，不及时处置(急修)，造成电梯故障人员安全问题，影响电梯的运行质量。

为解决上述技术问题，目前通常采用以下做法：(1)通过相序继电器JXW 的常关闭触点取出停电信号，当停电时相序继电器失电；(2)通过电梯控制器的监控接口，获取针对某一部电梯的多个检测信号的逻辑组合，来监测电梯是否处于断电状态。但第一种方法虽然可以监测到电梯的停电，但是很难判断电梯断电后是否困人等问题，而且这种方法具有稳定性不高、安装复杂等缺点，很难推广应用；第二种方法存在对不同的电梯类型，从监控接口获取的监测信号不同、难以推广的问题，且有些电梯厂家隐灭了部分监控接口的故障信号，使得该方法提取的电梯断电告警信号准确性不高，使用效果不良。

发明内容

本发明正是要解决上述技术问题，从而提供一种稳定性、准确性高、易于安装推广的电梯断电故障监测系统和监测方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明一方面提供一种电梯断电故障监测系统，所述电梯断电故障监测系统包括监测平台和数据采集器，所述电梯控制器与所述信号处理板之间通过 canbus总线连接，所述数据采集器与所述电梯控制器和信号处理板之间的 canbus总线及监测平台信号连接；所述数据采集器包括光电隔离器、单片机、无线通信模块；所述光电隔离器、单片机、无线通信模块顺次信号连接。

进一步地，所述电梯控制器与所述信号处理板通过canbus总线连接，所述单片机的一组串行接口通过所述光电隔离器连接于所述canbus总线，所述单片机的另一组串行接口连接于所述无线通信模块。

进一步地，所述数据采集器还包括电源管理模块，所述电源管理模块与所述光电隔离器、单片机、无线通信模块电连接，所述电源管理模块还连接有一备用电源。

进一步地，所述电源管理模块包括相互连接的充放电管理单元、LM2576 稳压电路和RT8059稳压电路，电梯的电源经所述LM2576稳压电路连接于所述充放电管理单元，所述RT8059稳压电路连接于所述单片机及无线通信模块，所述充放电管理单元连接于所述备用电源。

进一步地，所述单片机的型号为STM32L433Rx，所述无线通讯模块为 BC35-GNBIOT模块，所述光电隔离器为单向光电隔离器。

另一方面，本发明还提供一种采用上述系统监测电梯断电故障的方法，包括如下步骤：

获取电梯canbus总线的can信号，所述can信号包括内招信号、关门信号、运行信号和停止运行信号；

获取所述can信号的电平变化情况；

对所述can信号的电平变化情况进行分析，根据分析结果确定电梯运行状态。

进一步地，所述对所述can信号的电平变化情况进行分析，根据分析结果确定电梯运行状态，包括：

判断所述停止运行信号的电平变化情况是否为由低电平变为高电平，若是，则判断电梯意外停止。

进一步地，所述判断所述停止运行信号的电平变化情况是否为由低电平变为高电平，若是，则判断电梯意外停止之后还包括：

判断电梯意外停止后在T1时间内是否接收到所述can信号，若否，则判断电梯断电停止运行；

判断电梯意外停止后在T2时间内是否接收到所述can信号，若T2内未接收到can信号，则进一步逻辑判断是否有载人信号，若有载人信号，则判定电梯断电载人故障，若无载人信号，则判断电梯断电停止运行；若T2时间内接收到can信号，则进一步判断是否继续收到停止运行信号，若是，则进一步判断是否有载人信号，若有载人信号，则判定电梯断电载人故障，若无载人信号，则判断电梯断电平层故障；若在T2时间内接收到can信号，并且未收到停止运行信号，则说明电梯重新开始运行，在就近平层开门放人，进入正常的运行程序。

进一步地，所述逻辑判断是否有载人信号包括如下步骤：

接收内招信号，并判断所述内招信号是否由低电平变为高电平，若是，则判断有人进入了电梯轿厢，载人信号变高电平，并召唤电梯运行；

接收关门信号，判断所述关门信号是否由低电平变为高电平，若是，则判断电梯轿厢门已关，电梯准备就绪；

判断内招信号是否为多个，若是，则判断有多人进入电梯，直至最后一个内招信号由高电平变为低电平，载人信号为低电平，则判定最后一人走出电梯。

进一步地，判定电梯断电载人故障或电梯断电平层故障后，所述监测平台发出报警信号，所述报警信号为声光报警信号、短信/电话报警信号、移动终端 APP报警信号中的一种。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的电梯故障监测系统，将数据采集器接入电梯控制器和操控箱或信号处理板的canbus总线；数据采集器从canbus总线提取运行数据，监测电梯的运行情况。本电梯断电故障监测系统，解决了发生电梯断电故障时不能够及时得到信息，及时处置(急修)的问题；减少电梯故障所造成的损失，提高电梯的运行维护水平，且安装费用低，简单实用；数据采集接口统一，无论是何种型号的电梯，或者那个厂家的电梯，都有操控箱与控制器的数据接口；由于通过电梯canbus总线采集电梯信号，是真实地采集了电梯的运行数据，并且系统自己逻辑组合出电梯的故障信号，从而推断出电梯困人故障等，不存在厂家隐蔽故障信号的情况，故障判断成功率较高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的数据采集器和电梯canbus总线的连接图；

图2是本发明实施例提供的数据采集器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的电源管理模块框图；

图4是本发明实施例提供的TP5400电路图；

图5是LM2576电路仿真图；

图6是RT8059电路图。

图7是本发明实施例提供的电梯断电判断逻辑图；

图8是载人信号的形成图；

图9是断电停止运行信号的形成图；

图10是断电困人信号的形成图；

图11是断电平层故障信号的形成图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种电梯断电故障监测系统，所述监测系统用于监测包括电梯控制器和信号处理板，电梯控制器和信号处理板之间用canbus总线连接的电梯，具体地，所述电梯断电故障监测系统包括监测平台和数据采集器，所述数据采集器与所述电梯控制器和信号处理板之间的canbus总线及监测平台信号连接，具体地，数据采集器与电梯控制器、信号处理板的通过串行传输的方式连接，如canbus总线连接，连接关系图如图1所示，所述数据采集器从电梯控制器和信号处理板(操控箱)canbus总线提取运行数据。Canbus总线包括电源(Vcc) 和地(Gnd)，还包括两条数据线(canbus+和canbus-)，采用差分的方式传送信号，可双向传送数据。如图2所示，所述数据采集器包括光电隔离器1、单片机2、无线通信模块3，所述光电隔离器1，单片机2，无线通信模块3顺次电连接，其中所述无线通信模块为NBIOT模块3。所述数据采集器通过光电隔离器1接入电梯控制器和操控箱或信号处理板的canbus总线；数据采集器中单片机2用于采集canbus总线的电梯运行信号，经过一定的过滤后通过NBIOT模块3无线发送到监测平台。为不影响原有电梯系统的工作，所述光电隔离器1 的信号单向传输，即信号只能输出，不能输入，体现了数据采集器“只监不控”的特点。本实施例中，所述单片机2的型号为STM32L433Rx(意法半导体公司)，所述无线通讯模块为BC35-GNB-IOT模块(上海移远通信技术股份有限公司)。

具体地，数据采集器中所述单片机2的一组串行接口通过所述光电隔离器 1连接于所述canbus总线，所述单片机2的另一组串行接口连接于所述无线通信模块，把接收到的电梯数据(内招信号、电梯运行信号、关门信号、电梯停止运行信号)通过无线通信模块3发送给监测平台，所述无线通信模块(NBIOT 模块3)的使用，简化了网络设备，减少了故障节点，且便于安装。

进一步地，所述数据采集器还包括电源管理模块4，所述电源管理模块4 与所述光电隔离器1、单片机2、无线通信模块3电连接，所述电源管理模块4 还连接有一备用电源5。维持数据采集器正常工作的电源从电梯的canbus总线采集(为直流24V电源)，当电梯断电后，通过3.7V的锂电池作为备用电源5 为数据采集器供电，所述电源管理模块4用于管理上述工作电源以及备用电源。

进一步地，如图3所示，所述电源管理模块4包括相互连接的充放电管理单元401、LM2576稳压电路402和RT8059稳压电路403，电梯的电源经所述 LM2576稳压电路402连接于所述充放电管理单元401，所述RT8059稳压电路 403连接于所述单片机2及无线通信模块3，所述充放电管理单元401还连接于所述备用电源。

所述充放电管理单元401用于高精度电压和充电电流调节、预充、充电状态指示和充电截止；可选的，本充放电管理单元401采用的是TP5400芯片，该芯片是一款单节锂电池专用的电池充电及5V恒压升压控制器，充电部分集高精度电压和充电电流调节器、预充、充电状态指示和充电截止等功能于一体，可以输出最大1A的充电电流。升压电路采用CMOS工艺制造的空载电流极低的VFM开关型DC/DC升压转换器，具备极低的空载功耗(小于10uA)，且升压输出驱动电流能力达到1A。

在图4的TP5400电路中，VUSB为USB调试接口提供的电压为输入电压。 BAT是所述电源锂电池充电电压，该引脚接锂电池。VOUT引脚输出+5V电压,该电压可由所述电源锂电池升压产生，供给后续电路使用。

进一步地，所述LM2576稳压电路402、所述RT8059稳压电路403均用于电路降压；锂电池电源管理电路可以将3.7V锂电池升压5V，但这并不能直接作为电源给NB-IOT等模块直接供电，NBIOT等模块上的元器件供电电压范围普遍在1.8V～3.6V，推荐电压均为3.3V，(BC35-G供电范围是：3.1V～4.2V，推荐电压3.8V，使用3.3V也可以正常工作)，因此需要将5V的电平转换成3.3V 供给NB-IOT等模块和单片机模块使用，这里使用RT8059作为3.3V稳压器芯片。如图5所示，RT8059稳压电路403是一款高效率脉冲宽度降压型DC/DC 转换器，其输入电压2.8V～5.5V，输出电压可调范围为：0.6V～Vin，输出电流可以达到1A。在电路中将输出调节至3.3V，让NBIOT等模块正常工作。另外，外部直供电源电压为24V，需要通过LM2576稳压器件将其降压至5V。LM2576 稳压电路402是由美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，包括LM2576以及LM2576HV两个系列；其具备完善的保护电路，包括电流限制及热关断电等；利用极少的外围器件便可构成高效稳压电路。

LM2576的最高输入电压为40V，输出电压可选5V，其电路图如图6所示。

实施例2

本实施例提供一种采用实施例1所述的系统监测电梯断电故障的方法，包括如下步骤：

S1、获取电梯canbus总线的can信号，所述can信号包括内招信号、关门信号、运行信号和停止运行信号；监测平台接受上述信号后，即可根据这些信号的逻辑组合判断电梯是否断电，以及断电后是否存在断电困人故障或断电平层故障等现象。

S2、获取所述停止运行信号的电平变化情况，在电梯运行期间，通过电梯控制器发出的停止运行信号的电平变化情况判断电梯是否意外停止运行。

S3、对所述can信号的电平变化情况进行分析，根据分析结果确定电梯运行状态。

无论是何种型号的电梯，或者那个厂家的电梯，都有操控箱与控制器的数据接口。为了能够远距离传输，一般都采用canbus总线，都需要交互内招信号、关门信号、电梯运行信号、电梯停止运行信号，这就为集中监测和故障判断提供了方便。将数据采集器接入电梯控制器和操控箱或信号处理板的canbus总线采集can信号，系统就能够及时逻辑判断出电梯断电困人故障和电梯断电平层故障等，并通过各种手段通知相关人员出警，减少故障带来的各种损失。

具体地，如图7所示，所述步骤S3、对所述can信号电平变化情况进行分析，根据分析结果确定电梯运行状态，包括：

S31、判断所述停止运行信号的电平变化情况是否为由低电平变为高电平，若是，则判断电梯意外停止运行。

步骤S31之后还包括如下步骤：

S32、判断电梯意外停止后在T1时间内是否接收到任何can信号，若否，则判断电梯断电停止运行，本实施例中，所述T1为0.1s。

S33、判断电梯意外停止后在T2时间内是否接收到can信号，若T2内未接收到任何can信号，则进一步判断是否有载人信号，若有载人信号，则判定电梯断电载人故障，若无载人信号，则判断电梯断电停止运行；若T2时间内接收到can信号，说明电梯重新上电或者有备用电源切换，进一步判断是否继续收到停止运行信号，若是，则进一步判断是否有载人信号，若有载人信号，则判定电梯断电载人故障，若无载人信号，则判断电梯断电平层故障，所述T2 为3s。

另外，若电梯意外停止后在T2(3s)时间内接收到can信号，但所述can 信号不为电梯停止运行信号，则电梯恢复正常运行，可在就近平层开门放人。

进一步地，判断电梯正常运行期间是否有载人信号包括如下步骤：

S41、接收电梯操控箱发出的内招信号，并判断所述内招信号是否由低电平变为高电平，若是，则判断有人进入了电梯轿厢，并召唤电梯运行，如图8所示。

S42、接收电梯操控箱发出的关门信号，判断所述关门信号是否由低电平变为高电平，若是，则判断电梯轿厢门已关，电梯准备就绪；电梯控制器控制启动电梯，同时发出运行信号给电梯轿厢，提示电梯启动，此时电梯运行信号由低电平变为高电平。

S43、进一步判断内招信号是否为多个，若是，则判断有多人进入电梯，因此在某层楼电梯运行停止，电梯运行信号由高电平变为低电平；随后关门信号由高电平变为低电平，表示电梯开门，有人上下。完成后电梯又自动关门，并继续运行……，直到最后一个内招信号由高电平变为低电平，表示最后一个人走出电梯。因此从电梯关门信号置位开始，到最后一个关门信号复位的整个过程中，电梯都有载人，形成了载人信号。

如图9所示，判断电梯断电停止的信号变化具体如下：

电梯运行信号由高电平变为低电平，表示电梯平层停止到位，电梯控制器传送至操控箱显示。但是电梯突然断电时，电梯会发出电梯停止运行信号，然后断电，此时监测平台会接收到电梯停止运行信号(即高电平)，同时，在一定时间内无法接收can信号。监测平台接收到电梯停止运行信号，然后接收到电梯停止运行信号后的T1时间内(即延时Δt1，本实施例中为0.1s)，仍未收到 can电梯运行信号，说明电梯断电停止运行，电梯断电信号置于高电平，直至电梯重新上电，接收到can电梯运行信号，并且接收不到电梯停止运行信号为止。

如果接收到电梯停止运行信号后T2时间内(即延时Δt2，本实施例中为 3s)电梯重新上电(双电源切换或启用备用电源)，此时如果能接收到电梯停止运行信号，且电梯停止运行信号为高电平，说明电梯仍处于故障中，电梯断电停止运行信号仍有效；如果T2时间内接收不到电梯停止运行信号，电梯停止运行信号恢复至低电平，说明电梯开始运行，可在就近平层开门放人，进入正常运行程序。如果T2时间后(延时Δt2，3s)后，电梯还没有上电，则断电停止信号保持有效状态。

如图10所示，电梯是否有断电载人故障通过如下方法判断：当电梯断电停止信号处于高电平，且在电梯断电前载人信号也为高电平，则说明电梯在载人的情况下断电停止运行，形成电梯断电困人故障，需迅速提供紧急救援。若在 T2时间(Δt2＝3s)后，电梯还没上电，同时断电前的载人信号为低电平，则电梯空载断电，电梯断电停止运行。若在T2时间(Δt2＝3s)内电梯重新上电，此时如果可以接收到电梯停止运行信号，且电梯停止运行信号为高电平，说明电梯处于故障中，电梯断电停止运行信号仍有效，同时，若断电前电梯载人信号为低电平，则说明电梯未载人，未产生电梯困人情况，但电梯仍处于断电平层故障(原因可能为主板死锁或者安全回路故障等)，需紧急维修，信号变化如图11所示。

当监测平台判断出有电梯断电困人或断电平层故障信号后，发出相应的告警信号。包括声光告警，短信/紧急电话，手机app等形式通知维修人员出警，直到接收人员回复才停止报警信号的发出。

本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于：将数据采集器接入电梯控制器和操控箱或信号处理板的canbus总线；数据采集器从canbus总线提取运行数据，监测电梯运行；监测平台判断运行数据是否异常，如数据异常则发送报警信号。本电梯断电故障监测系统，解决了发生电梯断电故障时不能够及时得到信息，及时处置(急修)的问题；减少电梯故障所造成的损失，提高电梯的运行质量,且安装费用低，简单实用；数据采集接口统一，无论是何种型号的电梯，或者那个厂家的电梯，都有操控箱与控制器的数据接口；由于通过电梯canbus总线采集电梯信号，是真实地采集了电梯的运行数据，并且系统自己逻辑组合出电梯的故障信号，从而推断出电梯困人故障等，不存在厂家隐蔽故障信号的情况，故障判断成功率较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电梯断电故障监测系统，所述监测系统用于监测包括电梯控制器和信号处理板的电梯，所述电梯控制器与所述信号处理板之间通过canbus总线连接，其特征在于，所述电梯断电故障监测系统包括监测平台和数据采集器，所述数据采集器与所述电梯控制器和信号处理板之间的canbus总线及监测平台信号连接；所述数据采集器包括光电隔离器、单片机、无线通信模块，所述光电隔离器、单片机、无线通信模块顺次信号连接；

其中，所述数据采集器中所述单片机用于获取电梯canbus总线的can信号，所述can信号包括内招信号、关门信号、运行信号和停止运行信号；

所述监测平台用于：获取所述can信号的电平变化情况；判断所述停止运行信号的电平变化情况是否为由低电平变为高电平，若是，则判断电梯意外停止；判断电梯意外停止后在T1时间内是否接收到所述can信号，若否，则判断电梯断电停止运行；判断电梯意外停止运行后在T2时间内是否接收到所述can信号，若T2内未接收到can信号，则进一步逻辑判断是否有载人信号，若有载人信号，则判定电梯断电载人故障，若无载人信号，则判断电梯断电停止运行；若T2时间内接收到can信号，则进一步判断是否继续收到停止运行信号，若是，则进一步判断是否有载人信号，若有载人信号，则判定电梯断电载人故障，若无载人信号，则判断电梯断电平层故障；若在T2时间内接收到can信号，并且未收到停止运行信号，则说明电梯重新开始运行，在就近平层开门放人，进入正常的运行程序。

2.根据权利要求1所述的电梯断电故障监测系统，其特征在于，所述电梯控制器与所述信号处理板通过canbus总线连接，所述单片机的一组串行接口通过所述光电隔离器连接于所述canbus总线，所述单片机的另一组串行接口连接于所述无线通信模块。

3.根据权利要求1所述的电梯断电故障监测系统，其特征在于，所述数据采集器还包括电源管理模块，所述电源管理模块与所述光电隔离器、单片机、无线通信模块电连接，所述电源管理模块还连接有一备用电源。

4.根据权利要求3所述的电梯断电故障监测系统，其特征在于，所述电源管理模块包括相互连接的充放电管理单元、LM2576稳压电路和RT8059稳压电路，电梯的电源经所述LM2576稳压电路连接于所述充放电管理单元，所述RT8059稳压电路连接于所述单片机及无线通信模块，所述充放电管理单元连接于所述备用电源。

5.根据权利要求1-4任一项所述的电梯断电故障监测系统，其特征在于，所述单片机的型号为STM32L433Rx，所述无线通信模块为BC35-G NBIOT模块，所述光电隔离器为单向光电隔离器。

6.一种采用如权利要求1-5任一项所述的系统监测电梯断电故障的方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取电梯canbus总线的can信号，所述can信号包括内招信号、关门信号、运行信号和停止运行信号；

获取所述can信号的电平变化情况；

判断所述停止运行信号的电平变化情况是否为由低电平变为高电平，若是，则判断电梯意外停止；

判断电梯意外停止后在T1时间内是否接收到所述can信号，若否，则判断电梯断电停止运行；

判断电梯意外停止运行后在T2时间内是否接收到所述can信号，若T2内未接收到can信号，则进一步逻辑判断是否有载人信号，若有载人信号，则判定电梯断电载人故障，若无载人信号，则判断电梯断电停止运行；若T2时间内接收到can信号，则进一步判断是否继续收到停止运行信号，若是，则进一步判断是否有载人信号，若有载人信号，则判定电梯断电载人故障，若无载人信号，则判断电梯断电平层故障；若在T2时间内接收到can信号，并且未收到停止运行信号，则说明电梯重新开始运行，在就近平层开门放人，进入正常的运行程序。

7.根据权利要求6所述的电梯断电故障监测方法，其特征在于，所述逻辑判断是否有载人信号包括如下步骤：

接收内招信号，并判断所述内招信号是否由低电平变为高电平，若是，则判断有人进入了电梯轿厢，所述载人信号为高电平，并召唤电梯运行；

接收关门信号，判断所述关门信号是否由低电平变为高电平，若是，则判断电梯轿厢门已关，电梯准备就绪；

判断内招信号是否为多个，若是，则判断有多人进入电梯，直至最后一个内招信号由高电平变为低电平，所述载人信号为低电平，则判定最后一人走出电梯。

8.如权利要求6所述的电梯断电故障监测方法，其特征在于，

判定电梯断电载人故障或电梯断电平层故障后，所述监测平台发出报警信号，所述报警信号为声光报警信号、短信/电话报警信号、移动终端APP报警信号中的一种。