CN113277396A - 一种电梯健康状态监测方法、装置及预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电梯健康状态的在线监测方法、装置及预警系统，属于电梯检测技术领域。所述方法包括：获取电梯运行状态下轿厢的位置、三轴加速度、倾角、噪声以及曳引机左右抱闸温度和环境温度等参数，所述测量装置安装在轿厢顶部以及曳引机抱闸侧。所述参数获取后通过无线网络汇集到云端数据库，后台自动分析给出判断结果。本方法主要用以监测电梯关键机械零部件是否发生异常，包括导轨变形、导靴磨损、溜车以及抱闸磨损、粘连等，可以自动监测电梯健康状态，发现异常及时预警，并能记录异常所处位置，提高隐患排除效率，克服传统监测方法只有故障发生后才能报警的缺点。

Description

一种电梯健康状态监测方法、装置及预警系统

技术领域

本发明属于电梯检测技术领域，尤其涉及一种电梯健康状态监测方法、装置及预警系统。

背景技术

目前，我国电梯生产制造、安装使用量均居世界第一位，电梯的安全可靠性关系乘客的生命财产安全，电梯事故社会影响大。随着技术的进步，电梯的电气系统已具备一定的自检功能，当检测到电器系统故障后，电梯自动停止运行，以保障安全。但对于电梯的机械系统来说还缺少相应的健康自检功能，目前仍然是通过人工定期现场检测来判断，如此难免出现疏漏和误判，且人工检测成本高。如果电梯能够自动监测自身的健康状态，发现异常时再通知维保人员现场进行维保，则可以大大降低维保工作量和成本。因此，能够实时检测电梯健康状态并能预警异常状态的装置及系统已成为解决电梯按需维保的关键技术。

发明内容

针对电梯对机械系统健康状态自检功能缺少的不足，本发明提出一种自动监测电梯健康状态的方法、装置以及预警系统，在不接入电梯任何电路系统的情况下，只需供电就可以独立运行，实时监测电梯的健康状态，发现异常状况及时发出预警，此外本发明提供的监测系统可以批量监测一定数量的电梯，满足电梯维保单位、物业公司以及电梯安全监管部分的需求。

此外，本发明提供的监测方法基于电梯本身历史数据进行判断，不需要大量不同样本的历史数据，不需要神经网络、深度学习等对计算硬件要求高的算法，从而节约成本。

第一个方面，本发明实施例提供一种电梯健康状态在线监测方法，所述方法包括：

获取电梯运行状态下轿厢所处的位置，所述轿厢位置根据安装在电梯轿厢顶部的激光测距传感器测量而得，所述轿厢位置指轿厢顶到井道顶面的距离；

获取电梯运行状态下轿厢的加速度，所述轿厢加速度根据安装在电梯轿厢顶部的三轴陀螺仪传感器测量而得，所述轿厢加速度包含三个方向的加速度，分别是轿厢运行方向、进入轿门方向及其垂直方向；

获取电梯运行状态下轿厢的倾角，所述轿厢倾角根据安装在电梯轿厢顶部的倾角传感器测量而得，所述轿厢倾角指轿厢顶面相对于水平面倾斜的角度，包含两个方向的倾角，分别是进入轿门方向及其垂直方向；

获取电梯运行状态下曳引机抱闸的温度，所述抱闸温度根据安装在电梯曳引机抱闸侧的温度传感器测量而得，所述抱闸温度指贴在闸瓦外侧温度传感器所测数值，包含左右两个闸瓦的温度，为方便比较，还需要测量环境温度，两个闸瓦处以及环境使用三个相同传感器测量。

第二个方面，本发明实施例提供一种电梯健康状态监测装置，所述装置包括：

距离测量模块，用于监测电梯轿厢所处位置，安装在电梯轿顶，主要由激光传感器构成，测量值为电梯轿顶距离井道顶面的距离。

加速度测量模块，用于测量轿厢运行过程中的加速度，安装在轿顶，主要由三轴陀螺仪构成，测量值为电梯轿厢运动方向，轿门方向及其垂直方向三个方向的加速度值。

倾角测量模块，用于测量轿厢运行过程中的倾角，安装在轿顶，主要由倾角传感器构成，测量值为电梯轿门方向及其垂直方向与水平面的夹角。

噪声测量模块，用于测量轿厢在井道运行过程中的噪声，安装在轿顶，主要由噪声传感器构成，测量值为电梯轿厢运行过程中的噪声分贝值。

温度测量模块，用于测量电梯运行状态下曳引机抱闸温度和环境温度。

第三个方面，本发明实施例提供一种电梯健康状态监测和预警系统，包括：数据处理模块、通讯模块、云端数据库、后台分析程序以及客户端；

所述数据处理模块用于预处理所述的距离测量模块、加速度测量模块、噪声测量模块以及温度测量模块所采集到的数据，将其转化成需求的格式，并根据设定的条件判断是否需要上传云端数据库；

所述通讯模块用于连接所述的距离测量模块、加速度测量模块以及温度测量模块，并采集数据通过4G网络发送到云端数据库；

所述云端数据库用于存储所管辖电梯的历史健康状态数据，包括电梯编号、名称、地址、安装时间、维保记录以及所述的轿厢位置、轿厢加速度、轿厢倾角、噪声和抱闸温度的历史数据；

所述后台分析程序用于分析所述云端数据库存储的数据，根据设定的阈值以及条件判断电梯是否存在异常，发现异常则向客户单发送预警消息。

所述客户端用于根据设定的条件查询电梯的历史信息，并能以图形方式展示电梯的历史健康状，此外还具备接收所述后台程序发送的预警消息的功能。

本发明实施例提供的电梯健康状态监测方法、装置及预警系统，独立于电梯控制系统之外运行，不与电梯系统发生任何通讯，通过激光测距传感器判断电梯的运行状态，符合国家标准，保证电梯控制系统的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下对实施例或技术描述中所需的附图作简单介绍。

图1为本发明提出的一种电梯健康状态监测方法、装置与预警系统构成示意图；

图2为本发明提出的电梯轿厢加速度、倾角监测方法示意图；

图3为本发明提出的电曳引机制动器健康状态监测方法示意图；

图4为本发明提出的电梯健康状态后台分析模块基本原理图；

具体实施方式

下面结合附图，进一步阐明本发明。

本发明实施例提供一种电梯健康状态监测方法、装置和系统，如图1所示，图1展示了本发明一实施例的电梯状态监测方法、装置和系统，包括：客户端1、后台分析模块2、云数据库3、4G/5G移动通讯网络4、4G/5G移无线路由器5、ESP8266 WIFI NODEMCU模块6、数据处理模块7、MPU6050三轴陀螺仪模块8、激光测距传感器模块9、SCA60C倾角传感器模块10、噪声传感器模块11、DS18B20贴片式数字温度传感器模块12，其中客户端1和后台分析模块2若干，监测装置每套电梯安装一套，包括4G/5G移无线路由器1个、ESP8266 WIFI NODEMCU模块2个、数据处理模块2个、MPU6050三轴陀螺仪模块1个、激光测距传感器模块1个、SCA60C倾角传感器模块2个、噪声传感器模块1个、DS18B20贴片式数字温度传感器模块3个。

图2所示为本发明提出的电梯轿厢端监测装置的监测流程，包括以下步骤：

步骤1，判断电梯是否处于运行状态，通过激光测距传感器测量轿厢顶距离井道顶面的距离，每10ms测量一次，如果相邻两次测量值相等说明电梯处于停止状态，则继续测量轿厢距离井道顶的距离，如果相邻两次测量值不同，说明电梯处于运行状态，转入步骤2；

步骤2，采集电梯健康状态参数，通过三轴陀螺仪测量轿厢三个方向的瞬时加速度值，通过噪声传感器采集轿厢在井道内运行的声音分贝值，通过倾角传感器采集轿厢在运行过程中水平两个方向的与水平面的倾斜角度，本步骤所采集的参数每10ms采集一次，采集后立即计算平均值和最大值；

步骤3，判断是否完成当天的监测任务，通过时间计时器判断是否已经连续监测24小时，如果没有达到24小时，则暂停10ms继续下一次参数采集，转入步骤1，如果达到24小时，则通过通讯模块上传当天所采集的轿厢运行三轴加速度的平均值和最大值、轿厢运行噪声的平均值和最大值、轿厢运行倾角的平均值和最大值到云数据库，上传完毕，重新启动监测装置，进行新的一天的监测。

图3所示为本发明提出的曳引机端监测装置的监测流程，包括以下步骤：

步骤1，判断电梯是否出于运行状态，通过噪声传感器测量曳引机端声音分贝值，每10ms测量一次，如果相邻两次测量值相等，说明曳引机处于停止状态，则继续测量其声音分贝值，如果两次测量值不等，说明曳引机处于运行状态，转入步骤2；

步骤2，采集曳引机闸瓦温度以及环境温度，通过安装在闸瓦外侧的贴片式温度传感器分别测量两个闸瓦的温度，同时通过安装在曳引机旁的温度传感器测量环境温度，实时判断三个温度是否全部相等，若相等，说明抱闸正常，若不相等，说明抱闸异常，则通过通讯模块上传三个温度值到云数据库。

步骤3，判断是否完成当天的监测任务，通过时间计时器判断是否已经连续监测24小时，如果没有达到24小时，则暂停10ms继续下一次参数采集，转入步骤1，如果达到24小时，则通过通讯模块上传当天所采集的曳引机运行噪声的平均值和最大值，上传完毕，重新启动监测装置，进行新的一天的监测。

图4所示为本发明提出的电梯健康状态监测后台分析及预警系统，包括以下步骤：

步骤1，按设定的时间段读取云数据库最近时间段的数据，数据按照电梯编号以及传感器类别归类；

步骤2，对于均值类数据，按设定的时间段进行一次线性拟合，并计算出各类数据的斜率，然后比较斜率与设定斜率，如果超出阈值，则向客户端发送预警信息；对于极值类数据则直接判断是否超过对应设定的阈值，如果超过则同样向客户端发送预警信息；对于来自曳引机端的温度数据，一旦有新的数据上传，则说明曳引机存在异常，此时也向客户端发送预警信息，本步骤中的预警信息包含电梯编号、电梯位置、可能存在的异常以及异常发现时间；如果没有发现异常，则转入步骤1。

重点说明的是，由于每部电梯型号、生产厂家、运行环境等因素的不同，在运行过程中采集到的参数也有很大的差别，另外由于数据标定难度大，很难收集每一部电梯的全寿命参数样本数据，这对于深度学习或迁移学习等高级算法来说是普适性差，本发明提出的思路是利用每部电梯自身的历史数据，依据各参数的变化趋势来判断可能存在的异常问题，无需从其它电梯数据或实验数据中迁移训练，从而也可以降低监测系统的硬件成本，还能提高监测系统的响应速度。

进一步地，本发明根据电梯机械系统零部件退化机理——机械零部件在发生故障之前都会存在一个逐渐劣化的过程，只要能在此劣化过程中发现异常，就能提前预判故障。因此，本发明提出的电梯健康状态监测方法以天为单位进行监测，即每天只上传一次经过处理的电梯的各类监测参数，从而可以避免冗余数据的传输，降低数据流量，还能减少云端数据库的占用空间，提高后台分析的速度，同时能保证异常情况的及时发现。另外，本发明提供的所有装置设定好时间每天定时重启一次，可以避免因为网络、死机等原因造成的卡死问题。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电梯健康状态在线监测方法，所述方法包括：

(1)获取电梯运行状态下轿厢所处的位置，所述轿厢位置根据安装在电梯轿厢顶部的激光测距传感器测量而得；

(2)获取电梯运行状态下轿厢的加速度，所述轿厢加速度根据安装在电梯轿厢顶部的三轴陀螺仪传感器测量而得；

(3)获取电梯运行状态下轿厢的倾角，所述轿厢倾角根据安装在电梯轿厢顶部的倾角传感器测量而得；

(4)获取电梯轿厢在运行过程中的噪声值，所述噪声值根据安装在轿厢顶部的噪声传感器测量而得；

(5)获取电梯运行状态下曳引机抱闸的温度，所述抱闸温度根据安装在电梯曳引机抱闸侧的温度传感器测量而得。

2.根据权利要求1所述的轿厢位置，其特征在于：轿厢位置指轿厢顶到井道顶面的距离。

3.根据权利要求1所述的轿厢加速度，其特征在于：轿厢加速度包含三个方向的加速度，分别是轿厢运行方向、进入轿门方向及其垂直方向。

4.根据权利要求1所述的轿厢倾角，其特征在于：轿厢倾角指轿厢顶面相对于水平面倾斜的角度，包含两个方向的倾角，分别是进入轿门方向及其垂直方向。

5.根据权利要求1所述的噪声值，其特征在于：噪声值指轿厢在井道内运行过程中的声音分贝数，主要来自于电梯导轨与导靴(导轮)摩擦噪声和一些共振噪声。

6.根据权利要求1所述的抱闸温度，其特征在于：抱闸温度指贴在闸瓦外侧温度传感器所测数值，包含左右两个闸瓦的温度，为方便比较，还需要测量环境温度，两个闸瓦处以及环境使用三个相同传感器测量。

7.一种电梯健康状态监测装置，其特征在于，所述装置包括：

(1)距离测量模块，用于监测电梯轿厢所处位置，安装在电梯轿顶，主要由激光传感器构成，测量值为电梯轿顶距离井道顶面的距离；

(2)加速度测量模块，用于测量轿厢运行过程中的加速度，安装在轿顶，主要由三轴陀螺仪构成，测量值为电梯轿厢运动方向，轿门方向及其垂直方向三个方向的加速度值；

(3)倾角测量模块，用于测量轿厢运行过程中的倾角，安装在轿顶，主要由倾角传感器构成，测量值为电梯轿门方向及其垂直方向与水平面的夹角；

(4)噪声测量模块，用于测量轿厢在井道运行过程中的噪声值，安装在轿顶，主要由噪声传感器构成，测量值为电梯轿厢在井道运行时的声音分贝值；

(5)温度测量模块，用于测量电梯运行状态下曳引机抱闸温度和环境温度。

8.一种电梯健康状态监测和预警系统，其特征在于，包括：数据处理模块、通讯模块、云端数据库、后台分析程序以及客户端；

所述数据处理模块用于预处理权利要求7所述的距离测量模块、加速度测量模块、倾角测量模块、噪声测量模块以及温度测量模块所采集到的数据，将其转化成需求的格式，并根据设定的条件判断是否需要上传云端数据库；

所述通讯模块用于连接权利要求7所述的距离测量模块、加速度测量模块、倾角测量模块、噪声测量模块以及温度测量模块，并采集数据通过4G/5G网络发送到云端数据库；

所述云端数据库用于存储所管辖电梯的历史健康状态数据，包括电梯编号、名称、地址、安装时间、维保记录以及权利要求1所述的轿厢位置、轿厢加速度、轿厢倾角、噪声和抱闸温度的历史数据；

所述后台分析程序用于分析所述云端数据库存储的数据，根据设定的阈值以及条件判断电梯是否存在异常，发现异常则向客户单发送预警消息；

所述客户端用于根据设定的条件查询电梯的历史信息，并能以图形形式展示电梯的历史健康状，此外还具备接收所述后台程序发送的预警消息的功能。

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