CN112938729A - 一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统 - Google Patents

一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，所述系统包括电动机功率检测及计算单元、功率变化趋势计算单元和逻辑判断单元；电动机功率检测及计算单元用于计算电动机的实时有功功率Pmotor；功率变化趋势计算单元用于计算有功功率Pmotor随时间变化的功率变化率ΔP/Δt；逻辑判断单元用于根据有功功率Pmotor和功率变化率ΔP/Δt，判断是否输出控制电动机制动的控制信号。本系统通过扶梯本身的功率特性来实现扶梯故障状态的检测，有效降低扶梯事故发生后的人员伤害。

Description

一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统
技术领域
本发明涉及扶梯控制技术领域，特别是涉及一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统。
背景技术
自动扶梯和自动人行道是扶手式滚动电梯的简称，是指带有循环梯级用于向上或向下倾斜运输乘客的固定电力驱动设备。如图1所示，现有技术中的扶梯中电动机1作为驱动装置，减速箱2将电动机1的高速旋转运动转为低速旋转运动，减速箱2的输出轴与驱动链3相连，驱动链3的另一端连接驱动轮4产生低速的旋转运动，驱动轮4带动梯级链5使得梯级6形成循环往复运动，乘客站立在梯级的踏面上以实现沿预定方向的自动输送。自动扶梯在地铁站、商场、超市等场所应用已经极为普遍，是城市中不可或缺的交通工具。
近年来，自动扶梯安全事故频发，一部分扶梯安全事故的原因是自动扶梯在长期连续运行后，重要传动零部件发生机械磨损，造成电动扶梯运行振幅过大、电梯停止运行、电梯逆行等异常现象，此为第一类故障。另一部分原因是乘运期间一些意外事件导致的故障，如异物卡入梯级导轨处，严重时导致梯级脱出导轨；乘客意外掉入扶梯桁架内，扶梯对乘客造成剪切、挤压伤害；扶梯主机移位，梯级链与链轮无法产生驱动作用，造成扶梯倒溜等等。上述的意外情况在扶梯的长期使用过程中，均有实际的人员伤亡案例，造成了极大的影响，此为第二类故障。
随着自动扶梯的使用越来越广泛，其安全问题已经成为了一个拥有广泛意义的社会性问题。对于上述扶梯的第一类故障，可以通过加强日常保养来防止，但是人工日常保养一方面受制于工人的能力和水平，另一方面很多故障隐患较难发现；对于第二类故障的防护，常规的方法是加装各类传感器或者安全开关进行检测。例如在扶梯的裙板背面加装安全开关，当有异物卡在梯级和裙板之间造成裙板变形使安全开关动作；在梳齿板背面加装安全开关，当有异物卡入梳齿板会使梳齿板后退导致安全开关动作；梯级下陷、梯级缺失等都有相应的安全开关进行保护。上述的安全开关或者安全功能能够一定程度地保护乘客不受伤害，并且这些功能均纳入到自动扶梯的制造标准当中，但是，这种保护使得扶梯的安全开关达到数十种之多，对于这些开关的安装和日常维护等要求均较高，并且需要保护扶梯整个运动范围，仍然存在不少的盲点，因为维保的失误，或者设计或国家标准未考虑到的盲区，造成的故障甚至人员伤亡事故仍时有发生。如何尽可能地提高扶梯在各种环境下的安全性，仍是人们关注的重点。
为了解决上述问题，近年来，一种在扶梯重要部件上加装振动、环境传感器的方法开始获得应用，通过对扶梯重要部件实时的振动、噪音等参数的监测，通过对重要部件的频谱分析，确定扶梯重要部件的寿命情况，以决定部件是否更换。对于一些突发的振动情况，也能采取适当的保护措施，可以在一定程度上提高电动扶梯持续运行的安全度，降低维保要求，减少电动扶梯全寿命周期内的维修成本，方便电梯的安全管理。然而，基于振动分析的系统，需要加装多种传感器，采样频率要求非常高，对CPU的分析处理能力也要求很高，使得加装的设备成本动辄数万、甚至超过10万的配置成本，在普通扶梯上难以进行推广使用。
电动机是自动扶梯的动力装置，常规的扶梯系统不管是对电动机还是变频器都采用的是极限保护方式，即只有在电动机过热或者变频器过电流的时候，才会产生保护，然而这种极限保护方式在发生上述的意外事故的时候，例如乘客掉入扶梯桁架内，此时扶梯上的负载并不大，电动机或者变频器可能均未达到其额定电流，常规扶梯系统不能就此时的电动机或变频器状态产生保护性停梯。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提出一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，该系统的成本低，以不装或者少装传感器方法，通过扶梯本身的功率特性来实现扶梯故障状态的检测，有效降低扶梯事故发生后的人员伤害。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是这样实现的：一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，所述扶梯包括电动机；所述系统包括电动机功率检测及计算单元、功率变化趋势计算单元和逻辑判断单元；
所述电动机功率检测及计算单元用于计算电动机的实时有功功率Pmotor；
所述功率变化趋势计算单元用于计算有功功率Pmotor随时间变化的功率变化率ΔP/Δt；
所述系统内预设有功率变化率阈值DP1、功率变化率阈值DP2；
所述逻辑判断单元用于根据有功功率Pmotor和功率变化率ΔP/Δt，判断是否输出控制电动机制动的控制信号；所述控制信号包括第一信号和第二信号；
所述第一信号为逻辑判断单元按照时间顺序判断有功功率Pmotor为正值，且判断功率变化率ΔP/Δt的绝对值大于功率变化率阀值DP1时的控制信号；
所述第二信号为逻辑判断单元按照时间顺序判断有功功率Pmotor为负值，且判断功率变化率ΔP/Δt大于功率变化率阀值DP2时的控制信号。
进一步的，所述系统内预设有时间值TS1；所述第一信号为逻辑判断单元按照时间顺序判断有功功率Pmotor为正值，且判断功率变化率ΔP/Δt的绝对值大于功率变化率阀值DP1，且判断功率变化率ΔP/Δt的绝对值大于功率变化率阀值DP1的持续时间超过时间值TS1时的输出信号。
进一步的，所述系统内预设有时间值TS2；所述第二信号为逻辑判断单元按照时间顺序判断有功功率Pmotor为负值，且判断功率变化率ΔP/Δt大于功率变化率阀值DP2，且判断功率变化率ΔP/Δt大于功率变化率阀值DP2的持续时间超过时间值TS2时的输出信号。
进一步的，所述电动机功率检测及计算单元包括用于测量电动机的三相电流(iu，iv，iw)和测量电动机的三相电压(Uu，Uv，Uw)的传感器，或者包括用于测量电动机有功功率Pmotor的功率测量装置。
进一步的，所述电动机功率检测及计算单元包括与电动机相连的变频器；所述变频器包括用于测量电动机三相电流(iu，iv，iw)的电流传感器、用于测量变频器直流母线电压Udc的变频器直流母线检测模块以及用于根据变频器各路PWM波形占空比及直流母线电压Udc计算电动机的三相电压(Uu，Uv，Uw)的变频器输出电压估计模块；所述电动机功率检测及计算单元计算有功功率Pmotor的计算公式为：
Pmotor＝iu×Uu+iv×Uv+iw×Uw。
进一步的，所述系统包括用于对电动机功率检测及计算单元的检测信号进行过滤的滤波单元。
进一步的，所述功率变化率ΔP/Δt的计算公式为：
Figure BDA0002973414480000041
其中，Pmotor(TN)为当前时刻的瞬时有功功率值，Pmotor(TN-Δt)为与Pmotor(TN)时间间隔为Δt的瞬时有功功率值。
进一步的，所述功率变化率阀值DP1的计算公式为：
Figure BDA0002973414480000042
其中：C为本系统添加的功率系数；K为扶梯的一个梯级上能够站立的人数；m为一个人的平均重量；g为重力加速度；v为扶梯的名义速度；θ为扶梯的倾斜角度；η+为电动机为电动状态时扶梯的正向系统效率；Wh为扶梯的梯级深度；DP0为额外功率变化量。
进一步的，所述功率变化率阀值DP2的计算公式为：
Figure BDA0002973414480000051
其中：C为本系统添加的功率系数；K为扶梯的一个梯级上能够站立的人数；m为一个人的平均重量；g为重力加速度；v为扶梯的名义速度；θ为扶梯的倾斜角度；Wh为扶梯的梯级深度；DP0为额外功率变化量；η-为电动机为发电状态时扶梯的逆向系统效率。
进一步的，所述额外功率变化量DP0计算方式如下：
当θ＞0，
Figure BDA0002973414480000052
其中，m为一个人的平均重量；g为重力加速度；v为扶梯的名义速度；θ为扶梯的倾斜角度；Wh为扶梯的梯级深度；
当θ＝0，
Figure BDA0002973414480000053
其中，Pmax为扶梯满载时的功率；L为扶梯的长度；v为扶梯的名义速度；N为常量。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统中，通过计算作为扶梯动力装置的电动机的有功功率Pmotor以及基于有功功率Pmotor计算功率变化率ΔP/Δt，并根据有功功率Pmotor和功率变化率ΔP/Δt执行逻辑判断，以检测扶梯在运行过程中的故障状态，通过逻辑判断后输出控制电动机制动的控制信号，从而实现扶梯的紧急停止。该系统的综合成本低，以不装或者少装传感器方法，通过扶梯本身的功率特性，来实现扶梯故障状态的检测，且能够有效降低扶梯事故发生后的人员伤害。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1为现有技术中的自动扶梯的总体结构图；
图2为本发明的系统流程图；
图3为本发明的采用变频器内置的功率计算模块的结构图其中：
图4为本发明的变频器U相上下桥臂IGBT T1/T2相应信号PWM1/PWM2的波形示意图；
其中：1、电动机；11、电流传感器；12、直流母线检测模块；13、变频器输出电压估计模块；2、减速箱；3、驱动链；4、驱动轮；5、梯级链；6、梯级；7、电动机功率检测及计算单元；8、功率变化趋势计算单元；9、逻辑判断单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图2所示为本发明所述的一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统的流程图，本实施例中的扶梯为现有技术中的常规设备，如图1所示，该扶梯包括作为扶梯动力装置的电动机1。本实施例的扶梯健康诊断系统包括电动机功率检测及计算单元7、功率变化趋势计算单元8和逻辑判断单元9。
电动机功率检测及计算单元7用于计算电动机1的实时有功功率Pmotor。
电动机1作为最终的动力装置，扶梯上行时，需要克服重力将电能转换为乘客的势能，此时的电动机1处于电动状态，在该状态下，电动机1的有功功率Pmotor为正值。扶梯下行时，则是将乘客的势能转换为电能，此时的电动机1处于发电状态，在该状态下，电动机1的有功功率Pmotor为负值。
功率变化趋势计算单元8用于计算有功功率Pmotor随时间变化的功率变化率ΔP/Δt。
本实施例的系统内预设有功率变化率阈值DP1、功率变化率阈值DP2。逻辑判断单元8用于根据有功功率Pmotor和功率变化率ΔP/Δt，判断是否输出控制电动机1制动的控制信号。控制器通过该控制信号控制电动机1制动，从而使得扶梯能够停止移动。
上述的控制信号包括第一信号和第二信号。第一信号为逻辑判断单元9按照时间顺序判断有功功率Pmotor为正值，且判断功率变化率ΔP/Δt的绝对值大于功率变化率阀值DP1时的控制信号。第二信号为逻辑判断单元按照时间顺序判断有功功率Pmotor为负值，且判断功率变化率ΔP/Δt为正值，且判断功率变化率ΔP/Δt大于功率变化率阀值DP2时的控制信号。
为提高第一信号的逻辑判断的准确率。本实施例的系统内还预设有时间值TS1。前述的第一信号逻辑判断单元9按照时间顺序判断有功功率Pmotor为正值，且判断功率变化率ΔP/Δt的绝对值大于功率变化率阀值DP1，且判断功率变化率ΔP/Δt的绝对值大于功率变化率阀值DP1的持续时间超过时间值TS1时的输出信号。上述时间值TS1的作用是为了防止逻辑检测单元9因判断时间过短而造成误判，以提逻辑判断单元9在逻辑判断过程中的准确率。但同时又不能使该值延时过长时间导致检测延迟，TS1的取值不大于0.5s。
为提高第二信号的逻辑判断的准确率。本实施例的系统内预设有时间值TS2。第二信号为逻辑判断单元按照时间顺序判断有功功率Pmotor为负值，且判断功率变化率ΔP/Δt大于功率变化率阀值DP2，且判断功率变化率ΔP/Δt大于功率变化率阀值DP2的持续时间超过时间值TS2时的输出信号。上述时间值TS2的作用是为了防止逻辑检测单元9因判断时间过短而造成误判，以提逻辑判断单元9在逻辑判断过程中的准确率。但同时又不能使该值延时过长时间导致检测延迟，TS2的取值不大于0.5s。
所述电动机功率检测及计算单元7包括用于测量电动机的三相电流(iu，iv，iw)和测量电动机的三相电压(Uu，Uv，Uw)的传感器，或者包括用于测量电动机有功功率Pmotor的功率测量装置。功率测量装置直接测得有功功率Pmotor的数值。通过传感器获得的三相电流和三相电压值，电动机功率检测及计算单元7计算有功功率Pmotor的计算公式为：
Pmotor＝iu×Uu+iv×Uv+iw×Uw。
在变频扶梯中，该电动机功率检测及计算单元7包括与电动机1相连的变频器。利用变频器本身的传感器获得有功功率Pmotor的数值，这样可以不增加传感器而实现本实施例的功率计算。该变频器包括用于测量电动机1三相电流(iu，iv，iw)的电流传感器11、用于测量变频器直流母线电压Udc的变频器直流母线检测模块12以及用于根据变频器各路PWM波形占空比及直流母线电压Udc计算电动机的三相电压(Uu，Uu，Uu)的变频器输出电压估计模块13。电动机功率检测及计算单元7计算有功功率Pmotor的计算公式为：
Pmotor＝iu×Uu+iv×Uv+iw×Uw
有功功率Pmotor的计算公式的推导方式如下：
如图3为变频器PWM波形、IGBT与电机连接示意图，以电动机1的U相为例，图4中的PWM1、PWM2信号分别为IGBT中T1、T2的控制信号(信号高电平时表示相应IGBT导通，低电平是表示相应IGBT关断)，该两个PWM信号形成一组互补的信号，即两个IGBT不同时导通，当T1(U相上桥臂)导通时，U相与直流母线的正极相连，其电压为+Udc/2，当T2(U相下桥臂)导通时，U相与直流母线的负极相连，其电压为-Udc/2，上下桥臂以较高的频率交替导通，由于电动机为感性负载，电流在短时间无法突变，其实际效果相当于在电动机1的U相加载了平均电压，通过调节T1和T2的导通时间占比，即可控制电动机U相电压的输出，三相电机中每一相均有上下两个IGBT控制，从而实现三相电机的控制。
同时，考虑到IGBT开关管的开通、关闭时间，为防止上下桥臂同时导通以致使上下桥臂短路，对PWM1、PWM2信号加入死区时间Td，即在该死区时间内两个开关管均关闭，一般在变频器的控制当中，该死区时间为3～5us，在死区时间内，电动机的各相是通过IGBT上的续流二极管D1～D6与直流母线产生关联，同样以U相为例，在死区时间内，到底是续流二极管D1还是D2工作是与当时U相的电流方向相关的，本实施例以电流流向电动机方向为正，流出电动机方向为负来表示。当U相电流为正时，续流二极管D2工作，即此时U相与直流母线的负极相连，其电压为-Udc/2；当U相电流为负时，续流二极管D1工作，即此时U相与直流母线的正极相连，其电压为+Udc/2。
综上所述，本实施例中的U相电压估算按以下公式：
Figure BDA0002973414480000091
Figure BDA0002973414480000092
Figure BDA0002973414480000093
其中T为一个PWM波的脉冲周期：
T＝T1on+T2on+2×Td
另外两相V、W相的估算公式与上述U相的估算方法一样，此处不再重复。最终可以得到电动机的瞬时功率为：
Pmotor＝iu×Uu+iv×Uv+iw×Uw
由于受到负载的影响、传感器采样的轻微干扰、三相电机电流不平衡、交流电源的非正弦、扶梯本身的振动，实际检测的电动机的三相瞬时有功功率会有所波动，为减小有功功率Pmotor检测的波动，本实施例的系统包括用于对电动机功率检测及计算单元7的检测信号进行过滤的滤波单元，为防止有效信号被滤除，滤波单元的滤波时间常数不应超过0.2s。
前述的功率变化率ΔP/Δt的计算公式为：
Figure BDA0002973414480000101
其中，Pmotor(TN)为当前时刻的瞬时有功功率值，Pmotor(TN-Δt)为与Pmotor(TN)时间间隔为Δt的瞬时有功功率值。
前述的功率变化率阀值DP1的计算公式为：
Figure BDA0002973414480000102
其中：C为本系统添加的功率系数，1.1≤C≤1.3；K为扶梯的一个梯级上能够站立的人数，1≤K≤2；m为一个人的平均重量，取值为60kg；g为重力加速度；v为扶梯的名义速度；θ为扶梯的倾斜角度；η+为电动机为电动状态时扶梯的正向系统效率；Wh为扶梯的梯级深度；DP0为额外功率变化量。
前述的功率变化率阀值DP2的计算公式为：
Figure BDA0002973414480000103
其中：C为本系统添加的功率系数，1.1≤C≤1.3；K为扶梯的一个梯级上能够站立的人数，1≤K≤2；m为一个人的平均重量，m取值为60kg；g为重力加速度；v为扶梯的名义速度；θ为扶梯的倾斜角度；Wh为扶梯的梯级深度；DP0为额外功率变化量；η-为电动机为发电状态时扶梯的逆向系统效率。
功率变化率阀值DP1和功率变化率阀值DP2的计算原则如下：
如图1所示的自动扶梯，由前述背景技术部分阐述的扶梯的工作原理可以看出，乘客只能通过入口处进入或从出口处离开，即乘客负载的变化是连续的而非突变的，反映到扶梯的电动机1的功率变化也是连续而非突变的。例如扶梯在梯级6踏面上可以并排站立的人数是根据踏面宽度的不同而不同，根据国家标准：自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范GB 16899-2011，梯级6的踏面宽度不应小于580mm，且不应大于1100mm，而扶梯的负载，按照如下规则计算：
当梯级6的踏面宽度为600mm时，1个梯级可以站立1个人；当宽度为800mm时，2个梯级可以站立3个人，平均1个梯级按站立1.5人计算；当宽度为1000mm时，1个梯级可以站立2个人。
按上述规则，扶梯的入口处能够同时容纳乘客进入的最多为2个人(扶梯负载增加)，同样地在扶梯出口处能够同时移出扶梯的乘客人数也为2个人(扶梯负载减小)，在扶梯中间段，乘客既不能增加、也不能减少，即中间段的扶梯负载将保持不变。因此，扶梯的整体负载情况，在同一时刻最多只能增加2个人或者减少2个人，该负载最终将反映到电动机的有功功率上。由于扶梯上乘客的数量无法突变，因此最终电动机上的功率也是缓慢变化而非突变，可以利用此特性对扶梯的正常运行进行保护，即使用功率变化率的概念保护电梯，而不是用电动机(或变频器)的极限功率或者极限电流来保护。
电动机作为最终的动力装置，扶梯上行时，需要克服重力将电能转换为乘客的势能，实现乘客沿上行方向输送；扶梯下行时，则是将乘客的势能转换为电能。首先计算单个乘客对电动机造成的功率影响，乘客由于势能变化而产生的功率为：
Pperson＝m×g×v×sin(θ)；
其中，m为乘客的重量，按扶梯国家标准取平均值为60kg；g为重力加速度，取值为9.8m/s2；v为扶梯的名义速度；θ为扶梯的倾斜角度。
单位时间内扶梯乘客数量变化的极限值是与扶梯梯级踏面宽度、踏面深度及扶梯速度相关：
Figure BDA0002973414480000111
其中：K为一个梯级能够站立的人数，1≤K≤2；v为扶梯的名义速度；Wh为扶梯的梯级深度；
因此扶梯踏板上的总的功率变化率为：
Figure BDA0002973414480000112
当电动机处于电动状态时，电动机作为动力源驱动扶梯踏板上的乘客上行，电动机处的功率变化率为：
Figure BDA0002973414480000121
其中：η+为电动机为电动状态时扶梯的正向系统效率、包括从变频器输出电流，到电动机、减速箱，再到扶梯系统直至运输乘客的整机正向效率。
同样地，当电动机处于发电状态时，扶梯踏板上的乘客拖动电动机使电动机处于发电状态，电动机的功率变化率为：
Figure BDA0002973414480000122
其中：η-为电动机为发电状态时扶梯的逆向系统效率，包括从乘客下行势能，到扶梯机械系统、到减速箱，再到减速箱、电动机，直至变频器的制动电流的整机逆向效率。
前述的功率变化率阀值DP1，需要考虑余量，实际的计算根据电动机1最大功率变化率，再按下述公式取值：
DP1＝C×DPmotor++DP0
其中：DPmotor+的计算公式见前述公式。C选择为大于1的功率系数，保证与DP1相比,DPmotor+有一定的余量，在本实施例中C取值为1.1～1.3之间。
上述的额外功率变化量DP0计算方式如下：
当θ＞0(即扶梯倾斜时)，
Figure BDA0002973414480000123
其中，m为一个人的平均重量；g为重力加速度；v为扶梯的名义速度；θ为扶梯的倾斜角度；Wh为扶梯的梯级深度；
例如，m为一个人的平均重量，按扶梯国家标准，m的取值为60kg；g取值为9.8m/s2；v取值0.5m/s；θ取值为30°；Wh取值为400mm；
Figure BDA0002973414480000131
当θ＝0(即为扶梯成为水平人行道时)，
Figure BDA0002973414480000132
其中，Pmax为扶梯满载时的功率；L为扶梯的长度；v为扶梯的名义速度；N为常量。
对水平人行道，扶梯满载时的功率Pmax以实测为准，N考虑合理余量，可按200W/s取值。
同样地，前述的功率变化率阀值DP2，按下述公式取值：
DP2＝C×DPmotor-+DP0。
其中：DPMotor-的计算公式见前述公式；功率系数C和额外功率系数DP0与前面计算功率变化率阀值DP1时的一致。
上述的逻辑判断单元9仅在扶梯稳速运行时判断，在扶梯启动或停止过程中的加速和减速过程中，由于存在加速力矩和制动力矩，并且该时间段基本上处于空载状态，此时不作逻辑判断。
通过上述方式能够计算作为扶梯动力装置的电动机的有功功率Pmotor以及基于有功功率Pmotor计算功率变化率ΔP/Δt，并根据有功功率Pmotor和功率变化率ΔP/Δt执行逻辑判断，以检测扶梯在运行过程中的故障状态，通过逻辑判断后输出控制电动机制动的控制信号，从而实现扶梯的紧急停止，通过添加的功率系数C及额外功率系数DP0，保证扶梯在正常匀速运行的时候，其扶梯的功率变化率不可能超出相应的阀值DP1或DP2，一旦超出了该阀值，表明扶梯受到了意外的阻力，如异物卡入，或者扶梯驱动力矩丢失，扶梯的电动机1无法驱动扶梯踏板上的乘客，如驱动链断链或主机移位。这些都是扶梯的危险工况，通过电动机1的制动将扶梯紧急停止后，能够防止危害进一步增加。该系统的综合成本低，以不装或者少装传感器方法，通过扶梯本身的功率特性，来实现扶梯故障状态的检测，且能够有效降低扶梯事故发生后的人员伤害
根据上述的系统，本实施例还提出一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断方法。该方法包括如下步骤：
s1、计算电动机的实时有功功率Pmotor；
s2、计算有功功率Pmotor随时间变化的功率变化率ΔP/Δt；
s3、根据步骤s1和步骤s2获得的数据，判断是否输出控制电动机制动的控制信号；若判断有功功率Pmotor为正值，再判断功率变化率ΔP/Δt的绝对值是否大于预设的功率变化率阀值DP1，若功率变化率ΔP/Δt的绝对值大于预设的功率变化率阀值DP1，输出控制电动机制动的第一信号；
若判断有功功率Pmotor为负值，再判断功率变化率ΔP/Δt是否大于预设的功率变化率阀值DP2，若功率变化率ΔP/Δt大于预设的功率变化率阀值DP2，输出控制电动机制动的第二信号。
其中，在判断是否输出第一信号前，还需要判断功率变化率ΔP/Δt的绝对值大于功率变化率阀值DP1的持续时间超过时间值TS1。在判断是否输出第二信号前，还需要判断功率变化率ΔP/Δt大于功率变化率阀值DP2的持续时间超过时间值TS2时的输出信号。
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 (10)

1.一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，所述扶梯包括电动机；其特征在于：所述系统包括电动机功率检测及计算单元、功率变化趋势计算单元和逻辑判断单元；
所述电动机功率检测及计算单元用于计算电动机的实时有功功率Pmotor；
所述功率变化趋势计算单元用于计算有功功率Pmotor随时间变化的功率变化率ΔP/Δt；
所述系统内预设有功率变化率阈值DP1、功率变化率阈值DP2；
所述逻辑判断单元用于根据有功功率Pmotor和功率变化率ΔP/Δt，判断是否输出控制电动机制动的控制信号；所述控制信号包括第一信号和第二信号；
所述第一信号为逻辑判断单元按照时间顺序判断有功功率Pmotor为正值，且判断功率变化率ΔP/Δt的绝对值大于功率变化率阀值DP1时的控制信号；
所述第二信号为逻辑判断单元按照时间顺序判断有功功率Pmotor为负值，且判断功率变化率ΔP/Δt大于功率变化率阀值DP2时的控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，其特征在于：所述系统内预设有时间值TS1；所述第一信号为逻辑判断单元按照时间顺序判断有功功率Pmotor为正值，且判断功率变化率ΔP/Δt的绝对值大于功率变化率阀值DP1，且判断功率变化率ΔP/Δt的绝对值大于功率变化率阀值DP1的持续时间超过时间值TS1时的输出信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，其特征在于：所述系统内预设有时间值TS2；所述第二信号为逻辑判断单元按照时间顺序判断有功功率Pmotor为负值，且判断功率变化率ΔP/Δt大于功率变化率阀值DP2，且判断功率变化率ΔP/Δt大于功率变化率阀值DP2的持续时间超过时间值TS2时的输出信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，其特征在于：所述电动机功率检测及计算单元包括用于测量电动机的三相电流(iu，iv，iw)和测量电动机的三相电压(Uu，Uv，Uw)的传感器，或者包括用于测量电动机有功功率Pmotor的功率测量装置。
5.根据权利要求1所述的一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，其特征在于：所述电动机功率检测及计算单元包括与电动机相连的变频器；所述变频器包括用于测量电动机三相电流(iu，iv，iw)的电流传感器、用于测量变频器直流母线电压Udc的变频器直流母线检测模块以及用于根据变频器各路PWM波形占空比及直流母线电压Udc计算电动机的三相电压(Uu，Uv，Uw)的变频器输出电压估计模块；所述电动机功率检测及计算单元计算有功功率Pmotor的计算公式为：
Pmotor＝iu×Uu+iv×Uv+iw×Uw。
6.根据权利要求1所述的一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，其特征在于：所述系统包括用于对电动机功率检测及计算单元的检测信号进行过滤的滤波单元。
7.根据权利要求1所述的一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，其特征在于：所述功率变化率ΔP/Δt的计算公式为：
Figure FDA0002973414470000021
其中，Pmotor(TN)为当前时刻的瞬时有功功率值，Pmotor(TN-Δt)为与Pmotor(TN)时间间隔为Δt的瞬时有功功率值。
8.根据权利要求1所述的一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，其特征在于：所述功率变化率阀值DP1的计算公式为：
Figure FDA0002973414470000022
其中：C为本系统添加的功率系数；K为扶梯的一个梯级上能够站立的人数；m为一个人的平均重量；g为重力加速度；v为扶梯的名义速度；θ为扶梯的倾斜角度；η+为电动机为电动状态时扶梯的正向系统效率；Wh为扶梯的梯级深度；DP0为额外功率变化量。
9.根据权利要求1所述的一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，其特征在于：所述功率变化率阀值DP2的计算公式为：
Figure FDA0002973414470000031
其中：C为本系统添加的功率系数；K为扶梯的一个梯级上能够站立的人数；m为一个人的平均重量；g为重力加速度；v为扶梯的名义速度；θ为扶梯的倾斜角度；Wh为扶梯的梯级深度；DP0为额外功率变化量；η-为电动机为发电状态时扶梯的逆向系统效率。
10.根据权利要求8或9所述的一种基于功率边缘计算的扶梯健康诊断系统，其特征在于：所述额外功率变化量DP0计算方式如下：
当θ＞0，
Figure FDA0002973414470000032
其中，m为一个人的平均重量；g为重力加速度；v为扶梯的名义速度；θ为扶梯的倾斜角度；Wh为扶梯的梯级深度；
当θ＝0，
Figure FDA0002973414470000033
其中，Pmax为扶梯满载时的功率；L为扶梯的长度；v为扶梯的名义速度；N为常量。
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