CN112723079A - 一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，包括三维激光扫描仪和远程监测端，三维激光扫描仪安装在电梯井道的内壁上，远程监测端通过互联网络与三维激光扫描仪实施通信，三维激光扫描仪发射水平的激光面覆盖所有钢丝绳，以采集各钢丝绳的位置信息并发送给远程监测端，所述远程监测端基于三维激光扫描仪在同一时刻获得的各钢丝绳的位置信息分析每股钢丝绳的跳动量是否超过设定阈值，如果超过则报警。本发明对垂直电梯的关键部件‑钢丝绳进行监测，采集位置信息获得幅值和跳动量数据，可实现电梯多股钢丝绳同时运动状态的监测，用于故障分析，为垂直电梯的及时检修提供可靠的数据支持，为保障垂直电梯的运行安全提供有效的技术手段。

Description

一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统及方法

技术领域

本发明属于垂直电梯监测技术领域，更具体地，涉及一种电梯钢丝绳跳动监测系统及方法。

背景技术

垂直电梯作为特种设备，担负着铁路以及城市轨道交通运输乘客的重要任务，其安全性至关重要。为保证乘客安全，减少事故的发生概率，需对垂直电梯进行定期检测与维修，从而保证设备处于良好的运行状态。然而，目前垂直电梯的检修主要采用人工周期修和故障修，即未出现故障时通过工作人员进行周期性检查，出现故障时再进行维修，此方式属于事后行为，无法有效预防故障的发生，不利于避免重大事故的发生；同时周期性的检修可能造成过度修或者维修不及时，导致耗费大量时间、人力、物力，效果不佳，运营的难度与成本较高。

电梯钢丝绳是连接对重与轿厢，为电梯升降传递动力的部件，是电梯的关键组成部分，对电梯的运行安全至关重要。电梯钢丝绳在运行过程中会因为多种原因而发生扰动，当跳动量过大时会造成多股钢丝之间发生摩擦碰撞，或与附近的其他部件发生摩擦碰撞，钢丝绳会产生损伤，使用寿命缩短，更会对钢丝绳的结构及受力产生不良影响，给电梯的运行带来巨大隐患，对乘客的生命及财产安全产生威胁。目前，公开的专利在电梯钢丝绳监测技术方面主要集中对其内部缺陷状态进行监测，没有对钢丝绳的跳动量等运动状态进行监测的专利，如，CN201910811217.3监测电梯曳引钢带状态的电磁传感器及监测方法，该专利公开了一种通过电磁传感器检测钢丝带状态的方法，但该专利无法对钢带的跳动量进行监测，无法获取钢带运动状态。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统及方法，其对垂直电梯的关键部件-钢丝绳进行监测，采集位置信息获得幅值和跳动量数据，可实现电梯多股钢丝绳同时运动状态的监测，用于故障分析，为垂直电梯的及时检修提供可靠的数据支持，为保障垂直电梯的运行安全提供有效的技术手段。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，其特征在于，包括三维激光扫描仪和远程监测端，所述三维激光扫描仪安装在电梯井道的内壁上，所述远程监测端通过互联网络与所述三维激光扫描仪实施通信，所述三维激光扫描仪发射水平的激光面覆盖所有钢丝绳，以用于采集各钢丝绳的位置信息并发送给远程监测端，所述远程监测端基于三维激光扫描仪在同一时刻获得的各钢丝绳的位置信息分析每股钢丝绳的跳动量是否超过设定阈值，如果超过则报警。

优选地，所述远程监测端还绘制各股钢丝绳随时间变化的跳动幅值曲线，以用于分析该股钢丝绳的跳动规律。

优选地，所述远程监测端将绘制的各股钢丝绳随时间变化的跳动幅值曲线在显示屏上予以显示。

优选地，所述远程监测端根据所述三维激光扫描仪获得的多钢丝绳的位置，绘制同一时刻多股钢丝绳的跳动坐标图，以用于分析多股钢丝绳跳动时的位置关系，从而判断多股钢丝绳之间是否有摩擦或碰撞，任意时间段碰撞次数超过阈值则报警

优选地，所述远程监测端将绘制的同一时刻多股钢丝绳的跳动坐标图在显示屏上予以显示。

优选地，所述远程监测端根据建立的坐标系，获得各时刻钢丝绳在该坐标系中的坐标信息，从而实现对各股钢丝绳的坐标定位。

优选地，所述三维激光扫描仪根据测得的各时刻的钢丝绳的位置，获得各钢丝绳的截面组成的断面扫描图，根据各断面扫描图，对比测得的钢丝绳的断面位置和钢丝绳的设计位置，获得各时刻钢丝绳的跳动方向。

优选地，所述三维激光扫描仪通过连接座安装在电梯井道的内壁上，所述连接座上设置有多个通孔，每个通孔处分别穿装有螺栓。

优选地，所述连接座上还固定有多个电磁铁及用于控制这些电磁铁通断电的电磁铁开关。

按照本发明的另一个方面，还提供了所述的一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)启动三维激光扫描仪；

2)三维激光扫描仪发射的激光平面覆盖所有的钢丝绳；

3)三维激光扫描仪测得钢丝绳的距离；

4)三维激光扫描仪根据建立的坐标系，将同一时刻所测得的钢丝绳位置信息进行组合发送至远程监测端；

5)远程监测端处理采集到位置数据，分析每股钢丝绳的跳动量是否超过阈值，若超过阈值则报警；

6)远程监测端绘制单股钢丝绳随时间变化的跳动幅值曲线；

7)远程监测端根据获得的位置信息，绘制同一时刻多股钢丝绳的跳动坐标图；

8)远程监测端根据步骤7)的跳动坐标图判断多股钢丝绳之间是否有摩擦或碰撞，任意时间段碰撞次数超过阈值则报警；

优选地，还包括：9)远程监测端根据步骤6)的幅值曲线和步骤7)的跳动坐标图，制定指导维修人员检修调整的策略。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明提出基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，该系统利用安装在电梯井道内壁上对着所有钢丝绳的三维激光扫描仪，对多股钢丝绳的跳动量进行监测，进而评估电梯钢丝绳的运行状态是否良好，是否会影响电梯的整体运行安全，是否需要停机进行调整，从而为电梯的检修提供数据支撑与策略指导。

2)本发明的基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，主要由三维激光扫描仪与远程监测端组成，可以实现电梯多股钢丝绳的跳动量在线监测，评估钢丝绳的运行状态，可以避免跳动量过大造成钢丝之间或与其他部件之间过多的摩擦碰撞，减少钢丝绳的损伤，延长使用寿命，保障电梯的运行安全，具有较好的应用前景和推广价值。

附图说明

图1是本发明的基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统的布置示意图；

图2是本发明的基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统的钢丝绳的坐标位置示意图；

图3是本发明的基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统的三维激光扫描仪在电梯井道中的布置示意图；

图4是本发明的单股钢丝绳随时间变化的跳动幅值曲线示意图；

图5是本发明的同时刻多股钢丝绳跳动坐标关系图示意；

图6是本发明的基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统的监测方法的流程图；

图7是本发明的三维激光扫描仪安装在连接座上的示意图；

图8是本发明中电磁铁安装在连接座上的示意图。

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图8，一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，钢丝绳3悬挂轿厢4，对钢丝绳3的状态进行监测至关重要。

该监测系统包括三维激光扫描仪组件1和远程监测端，所述三维激光扫描仪组件1包括三维激光扫描仪101、连接座102、电磁铁和电磁铁开关106，所述三维激光扫描仪101安装在连接座102上，所述连接座102安装在电梯井道 2的内壁上，所述连接座102上设置有多个通孔103，每个通孔103处设置有螺栓，所述连接座102上还安装有多个电磁铁及用于控制这些电磁铁通断电的电磁铁开关106，所述连接座102通过所述螺栓或所述电磁铁固定安装在电梯井道2的内壁上；优选地，所述通孔103为四个并且它们布置在长方形的四角，所述螺栓为化学螺栓。

这些电磁铁分为大磁铁104和小磁铁105，大电磁铁104、小电磁105分别嵌入在连接座102用于与电梯井道2接触的一侧。当电梯井道2为混凝土时，连接座102可以通过螺栓穿过通孔103后与电梯井道2连接固定；当电梯井道 2为钢结构时，连接座102可以通过大电磁铁104和小电磁铁105与电梯井道2 进行吸附固定。

所述远程监测端通过互联网络与所述三维激光扫描仪101实施通信，所述三维激光扫描仪101发射水平的激光面覆盖所有钢丝绳3，也即所有的钢丝绳3 都穿过该激光面，以用于采集各钢丝绳3的位置信息并发送给远程监测端，三维激光扫描仪101发射的激光面的范围可以完全覆盖各钢丝绳3跳动可能的最大范围(最大的跳动量)，也即激光面的覆盖范围要大于钢丝绳3的跳动，覆盖范围留有冗余度，以确保可以检测到钢丝绳3的任何方向的跳动和任何幅值的跳动，三维激光扫描仪101会将同一时刻所测得的距离信息进行组合发送至远程监测端。其中，跳动的幅值是指某一时刻获得的钢丝绳3的横截面轮廓的中点与设计位置的中点的距离。根据跳动的幅值，可以获得钢丝绳3在平行于三维激光扫描仪101所在的电梯井道2内壁的跳动量和垂直于三维激光扫描仪 101所在的电梯井道2内壁的跳动量。

本发明利用三维激光扫描仪101的激光测距的原理，通过记录钢丝绳3表面大量的密集的点的三维坐标、反射率等信息，可快速复建出钢丝绳3的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取钢丝绳3表面轮廓的数据点，因此其可极大提高监测效率，保证钢丝绳3的实时、准确的监测。

所述远程监测端基于三维激光扫描仪101在同一时刻获得的各钢丝绳3的位置信息分析每股钢丝绳3的跳动量是否超过设定阈值，如果超过则报警。

本监测系统利用安装在电梯井道2内壁上正对着钢丝绳3的三维激光扫描仪101对多股钢丝绳3的跳动量进行监测，进而评估电梯钢丝绳3的运行状态是否良好，是否会影响电梯的整体运行安全，是否需要停机进行调整，从而为电梯的检修提供数据支撑与策略指导。

进一步，所述远程监测端还绘制各股钢丝绳3随时间变化的跳动幅值曲线，以用于分析该股钢丝绳3的跳动规律，进而判断该该股钢丝绳3的状态，譬如在某一时间段内是否跳动量过大，是否与相邻的钢丝绳3产生碰撞了，被拉长了及是否需要进行更换等。优选地，所述远程监测端将绘制的各股钢丝绳3随时间变化的跳动幅值曲线在显示屏上予以显示，跳动幅值曲线直观地在显示屏上显示，便于制定指导维修人员检修调整的策略，也便于维修人员进行直观的分析及制定检修调整的策略。

此外，所述三维激光扫描仪101根据测得的各时刻的钢丝绳3的位置，获得各钢丝绳3的截面组成的断面扫描图，根据各断面扫描图，对比测得的钢丝绳3的断面位置和钢丝绳3的设计位置，获得各时刻钢丝绳3的跳动方向，便于维修人员进行直观的分析及制定检修调整的策略。钢丝绳3的理论上的设计位置应该是一直竖直线，因此，可以比对各个时刻钢丝绳3的横截面轮廓相对于竖直线上的点的位置关系，通过该位置关系可以得到各时刻钢丝绳3的跳动情况。

进一步，所述远程监测端根据所述三维激光扫描仪101获得的多钢丝绳3 的位置，绘制同一时刻多股钢丝绳3的跳动坐标图，以用于分析多股钢丝绳3 跳动时的位置关系，从而判断多股钢丝绳3之间是否有摩擦或碰撞，任意时间段碰撞次数超过阈值则报警。通过分析多股钢丝绳3跳动坐标关系图，制定指导维修人员检修调整的策略。优选地，所述远程监测端将绘制同一时刻多股钢丝绳3的跳动坐标图在显示屏上予以显示，便于维修人员进行直观的分析及制定检修调整的策略。如果发现有两根钢丝绳的横截面轮廓接触，则可以判断这两根钢丝绳3有碰撞。

进一步，所述远程监测端根据建立的坐标系，获得各时刻钢丝绳3在该坐标系中的坐标信息，从而实现对各股钢丝绳3的坐标定位，从而实现各时刻钢丝绳3的精确定位。关于坐标系的建立，可以先在电梯井道2内建立一个现场坐标系，则扫描获得的各钢丝绳3的横截面轮廓都可以在该现场坐标系内得到坐标信息，三维激光扫描仪101自身也可以建立扫描仪坐标系，通过坐标变换，可以在扫描仪坐标系获得各钢丝绳3的横截面轮廓的坐标信息，从而可以对各钢丝绳3实现定位。扫描仪坐标系的建立和坐标转换属于本领域的比较常规的技术，此处不再赘述。

参照图6，按照本发明的另一个方面，还提供了所述的一种基于物联网的电梯钢丝绳3跳动监测系统的监测方法，包括以下步骤：

1)启动三维激光扫描仪101；

2)三维激光扫描仪101发射的激光平面覆盖所有的钢丝绳3；

3)三维激光扫描仪101测得钢丝绳3的距离；

4)三维激光扫描仪101根据建立的坐标系，将同一时刻所测得的钢丝绳3 位置信息进行组合发送至远程监测端；

5)远程监测端处理采集到位置数据，分析每股钢丝绳3的跳动量是否超过阈值，若超过阈值则报警；

6)远程监测端绘制单股钢丝绳3随时间变化的跳动幅值曲线；

7)远程监测端根据获得的位置信息，绘制同一时刻多股钢丝绳3的跳动坐标图；

8)远程监测端根据步骤7)的跳动坐标图判断多股钢丝绳3之间是否有摩擦或碰撞，任意时间段碰撞次数超过阈值则报警；

9)远程监测端根据步骤6)的幅值曲线和步骤7)的跳动坐标图，制定指导维修人员检修调整的策略。

本领域的技术人员容易理解，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 (11)

1.一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，其特征在于，包括三维激光扫描仪和远程监测端，所述三维激光扫描仪安装在电梯井道的内壁上，所述远程监测端通过互联网络与所述三维激光扫描仪实施通信，所述三维激光扫描仪发射水平的激光面覆盖所有钢丝绳，以用于采集各钢丝绳的位置信息并发送给远程监测端，所述远程监测端基于三维激光扫描仪在同一时刻获得的各钢丝绳的位置信息分析每股钢丝绳的跳动量是否超过设定阈值，如果超过则报警。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，其特征在于，所述远程监测端还绘制各股钢丝绳随时间变化的跳动幅值曲线，以用于分析该股钢丝绳的跳动规律。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，其特征在于，所述远程监测端将绘制的各股钢丝绳随时间变化的跳动幅值曲线在显示屏上予以显示。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，其特征在于，所述远程监测端根据所述三维激光扫描仪获得的多钢丝绳的位置，绘制同一时刻多股钢丝绳的跳动坐标图，以用于分析多股钢丝绳跳动时的位置关系，从而判断多股钢丝绳之间是否有摩擦或碰撞，任意时间段碰撞次数超过阈值则报警。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，其特征在于，所述远程监测端将绘制的同一时刻多股钢丝绳的跳动坐标图在显示屏上予以显示。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，其特征在于，所述远程监测端根据建立的坐标系，获得各时刻钢丝绳在该坐标系中的坐标信息，从而实现对各股钢丝绳的坐标定位。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，其特征在于，所述三维激光扫描仪根据测得的各时刻的钢丝绳的位置，获得各钢丝绳的截面组成的断面扫描图，根据各断面扫描图，对比测得的钢丝绳的断面位置和钢丝绳的设计位置，获得各时刻钢丝绳的跳动方向。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，其特征在于，所述三维激光扫描仪通过连接座安装在电梯井道的内壁上，所述连接座上设置有多个通孔，每个通孔处分别穿装有螺栓。

9.根据权利要求8所述的一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统，其特征在于，所述连接座上还固定有多个电磁铁及用于控制这些电磁铁通断电的电磁铁开关。

10.权利要求1～9中任一权利要求所述的一种基于物联网的电梯钢丝绳跳动监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)启动三维激光扫描仪；

2)三维激光扫描仪发射的激光平面覆盖所有的钢丝绳；

3)三维激光扫描仪测得钢丝绳的距离；

4)三维激光扫描仪根据建立的坐标系，将同一时刻所测得的钢丝绳位置信息进行组合发送至远程监测端；

5)远程监测端处理采集到位置数据，分析每股钢丝绳的跳动量是否超过阈值，若超过阈值则报警；

6)远程监测端绘制单股钢丝绳随时间变化的跳动幅值曲线；

7)远程监测端根据获得的位置信息，绘制同一时刻多股钢丝绳的跳动坐标图；

8)远程监测端根据步骤7)的跳动坐标图判断多股钢丝绳之间是否有摩擦或碰撞，任意时间段碰撞次数超过阈值则报警。

11.根据权利要求10所述的监测方法，其特征在于，还包括：9)远程监测端根据步骤6)的幅值曲线和步骤7)的跳动坐标图，制定指导维修人员检修调整的策略。

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