CN116062583A - 一种电梯制动器失效保护装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯制动器失效保护装置及系统，涉及电梯制动失效保护装置技术领域，本发明包括电梯系统传感器组件、电梯制动器传感器组件以及控制组件，电梯系统传感器组件以及电梯制动器传感器组件均与控制组件电性连接完成信号传输，电梯系统传感器组件包括交流电压传感器、交流电流传感器以及旋转编码器，电梯制动器传感器组件包括热电偶、直流电压传感器，直流电流传感器、噪声传感器、激光位移传感器、编码器以及微动开关，控制组件包括数据采集卡、逻辑处理单元、预警输出单元。本发明为一种电梯制动器失效保护装置及系统，能够自动监测电梯制动器是否失效是否出现异常，监测效果好。

Description

一种电梯制动器失效保护装置及系统

技术领域

本发明涉及电梯制动失效保护装置技术领域，特别涉及一种电梯制动器失效保护装置及系统。

背景技术

随着城市化建设的不断发展，高楼大厦渐渐替代了过去的平房，电梯作为高楼中重要的人员运输设备，其功能安全是尤为关键的。然而电梯在运行过程中总是会发生事故，造成了巨大损失，严重威胁着人民群众的生产和生活，电梯制动器是保障电梯安全工作的关键组成部分，电梯正常运作过程中的零速抱闸和紧急过程中的制停都是依靠电梯制动器的抱闸动作来实现的。然而，随着电梯使用年限的逐渐提高，电梯制动器本身也会产生诸如制动瓦块制动力不足、制动器未能及时张开、制动器未能及时闭合实现制动等故障，这些都会严重影响电梯的功能安全，威胁着乘客们的人身安全。

长期以来，电梯制动器广泛采用电气检测、出厂设备检测和机械检测以及定期抽查整体试验的方法确保制动器的正常运行。这种检测方式仍然有着很明显的不足：如果检测中出现故障，则已经出现了事故；定期抽查时间难以控制间隔时间，若间隔太长无法确保检测之间的安全性，间隔太短又会造成浪费。同时，在数据分析过程中，多利用单一途径来源的信息数据，根据基于专家经验进行诊断预警，缺乏精确的定量分析，因此有必要提出一种新的解决方案。

现有技术中只仅仅对电梯制动器定期检修，不能实现实时安全监测，为此我们设置一种电梯制动器失效保护装置，实现对电梯制动器实时监测以及保护，为此，我们提出一种电梯制动器失效保护装置及系统。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电梯制动器失效保护装置及系统，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种电梯制动器失效保护装置，包括电梯系统传感器组件、电梯制动器传感器组件以及控制组件，所述电梯系统传感器组件以及所述电梯制动器传感器组件均与所述控制组件电性连接完成信号传输；

所述电梯系统传感器组件包括交流电压传感器、交流电流传感器以及旋转编码器，所述电梯制动器传感器组件包括热电偶、直流电压传感器，直流电流传感器、噪声传感器、激光位移传感器、编码器以及微动开关，所述控制组件包括数据采集卡、逻辑处理单元、预警输出单元，所述交流电压传感器、所述交流电流传感器以及所述旋转编码器均与所述数据采集卡电性连接，所述热电偶、所述直流电压传感器，所述直流电流传感器、所述噪声传感器、所述激光位移传感器、所述编码器以及所述微动开关均与所述数据采集卡电性连接，本发明在实际使用中通过在电梯上面弄一个检测装置，第一时间检测到电梯制动器失效，检测到失效后立即启动制动器，给制动器通电，能够控制不让电梯快速向上冲顶或者下滑，让电梯能够匀速上下升降，实现对电梯制动器失效进行保护。

一种电梯制动器失效保护系统，所述保护系统包括电梯系统传感器模块、电梯制动器传感器模块以及控制模块，所述电梯系统传感器模块通过所述电梯系统传感器组件获取数据，所述电梯制动器传感器模块通过所述电梯制动器传感器组件获取数据，所述电梯系统传感器模块以及所述电梯制动器传感器模块分别将获取的数据发送至所述控制模块，所述控制模块通过所述控制组件获取数据并对数据进行分析，完成对电梯制动器失效故障进行判断并及时做出预警，本发明通过设置电梯制动器失效保护系统，能够实时监测电梯制动器是否失效，当电梯制动器失效后能够及时自动做出对应操作，替代原有人工定期进行电梯维护，提高电梯制动器的使用安全，有效保障了电梯使用安全，减少事故发生。

优选地，所述逻辑处理单元包括高可靠性的MCU、电源子单元，电源监控子单元，看门狗子单元和存储子单元，所述逻辑处理单元主要用于判断存在故障或危险时，及时切断曳引机和制动器的供电，将其认定为接入安全回路中的安全继电器输出，通过将系统的继电器输出接入到安全回路中，从而控制曳引机和制动器的供电，MCU是微控制子单元，又称单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，本发明通过设置MCU提高处理电梯制动器检测时数据的准确性，同时提高数据处理的速度。

优选地，所述逻辑处理单元包括主单元以及从单元，所述主单元以及所述从单元各自完成监控制动器运行状态的功能，所述主单元以及所述从单元的MCU通过SPI总线进行数据通信交互，所述主单元以及所述从单元结构完全相同，所述主单元中AD处理模块用于接收采集并处理各个传感器测量得到的模拟量；所述主单元中光耦输入模块用于采集微动开关的信号从而判断制动器的抱闸开闸动作情况；所述主单元中RTC模块作为时钟模块，用于保存记录发生故障的时间；所述主单元中看门狗模块用于检测出MCU发生系统发生错误时实现复位功能；所述主单元中人机界面用于显示故障代码和机器剩余寿命；所述主单元中带电可擦可编程只读存储器用来存储故障信息和电梯制动器相关参数；电源电路为系统提供电源，电源监控确保系统的供电电压状态保持正常；继电器作为输出元件，串联在安全回路中，当主从单元的一个继电器断开时，安全回路自动断开，系统断电进入安全状态，本发明在实际使用中通过光耦输入模块用于采集微动开关的信号从而判断制动器的抱闸开闸动作情况，实现判断电梯制动器是否失效，本发明不仅能够判断电梯制动器是否失效还能够在电梯制动器正常工作时实时监测，进而提高电梯制动器使用安全性。

优选地，所述噪声传感器在制动器从正常工作到失效过程中，制动瓦片会逐渐产生磨损，其抱闸产生的声音会发出变化，因此通过所述噪声传感器安装在电器柜外部，朝向制动器，距离设置5m，完成监测到抱闸异常产生声音的变化，从而捕捉到制动的异常情况，本发明中通过采集电梯制动器中电梯制动瓦片产生的噪音，通过对噪音强度以及噪音音质的分析判断电梯制动器是否失效，提高判断的准确性。

优选地，所述位移传感器采用激光位移传感器LG5A65NU对制动轮与闸瓦间隙和闸瓦磨损量进行间接测量，根据线圈架与衔铁盘的气隙来判断制动轮与闸瓦之间的间隙，如图2所示，X0和Y0为闸瓦未磨损时，断电和通电时线圈架一个固定点与衔铁盘上固定点之间的距离，X1和Y1为闸瓦磨损后，断电和通电时线圈架一个固定点与衔铁盘上固定点之间的距离。因此，可以得到间接初始状态下，制动瓦与制动轮的间隙为：d0=X0-Y0；磨损后，闸瓦与制动轮的间隙为：d1=X1-Y1；根据前后的间隙变化可以得出磨损量为∆d=d1-d0=X1-X0；根据制动器电压传感器的AD信号来判断制动器处于通电或断电状态并以此来判断实时的磨损量，通过判断电梯制动器的实时磨损量来监测电梯制动器是否失效，大大提高了电梯制动器监测的效率。

优选的，电梯制动器编码器为海德汉绝对值编码器ECN1313，增量信号输出为正交的正余弦信号，为了将正交模拟量信号转换为脉冲信号，本发明选用了6位正余弦Flash转换器IC-NVH，将编码器输出的sin/cos信号作为芯片的信号输入，通过芯片内部的差分处理得到我们需要的正交脉冲信号作为输出。

优选地，微动开关24V数字量由PLC提供，并由数据采集与控制板卡采集信号，微动开关主要用于以下两个功能：第一个功能：当电磁线圈中的线圈通电时，电枢磁盘被拉向线圈支架，制动器到位时微动开关发出信号，从而判断制动器开闸响应时间；第一个功能：制动器断电时，电枢磁盘重新回到初始位置，微动开关信号重新回归低电平，根据芯片得到的低电平时间与制动器断电时间推导出闭闸响应时间，本发明中通过设置微动开关提高对电梯制动器的控制效果，有效防止电梯制动器失效，当电梯制动器失效能够快速做出反应，保证电梯使用安全。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明中，保护系统包括电梯系统传感器模块、电梯制动器传感器模块以及控制模块，电梯系统传感器模块通过电梯系统传感器组件获取数据，电梯制动器传感器模块通过电梯制动器传感器组件获取数据，电梯系统传感器模块以及电梯制动器传感器模块分别将获取的数据发送至控制模块，控制模块通过控制组件获取数据并对数据进行分析，完成对电梯制动器失效故障进行判断并及时做出预警，本发明通过设置电梯制动器失效保护系统，能够实时监测电梯制动器是否失效，当电梯制动器失效后能够及时自动做出对应操作，替代原有人工定期进行电梯维护，提高电梯制动器的使用安全，有效保障了电梯使用安全，减少事故发生。

附图说明

图1为本发明一种电梯制动器失效保护系统的系统框图；

图2为本发明一种电梯制动器失效保护系统中制动轮与闸瓦的连接结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应作广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1-2所示，本发明为一种电梯制动器失效保护装置，包括电梯系统传感器组件、电梯制动器传感器组件以及控制组件，电梯系统传感器组件以及电梯制动器传感器组件均与控制组件电性连接完成信号传输；

电梯系统传感器组件包括交流电压传感器、交流电流传感器以及旋转编码器，电梯制动器传感器组件包括热电偶、直流电压传感器，直流电流传感器、噪声传感器、激光位移传感器、编码器以及微动开关，控制组件包括数据采集卡、逻辑处理单元、预警输出单元，交流电压传感器、交流电流传感器以及旋转编码器均与数据采集卡电性连接，热电偶、直流电压传感器，直流电流传感器、噪声传感器、激光位移传感器、编码器以及微动开关均与数据采集卡电性连接，本发明在实际使用中通过在电梯上面弄一个检测装置，第一时间检测到电梯制动器失效，检测到失效后立即启动制动器，给制动器通电，能够控制不让电梯快速向上冲顶或者下滑，让电梯能够匀速上下升降，实现对电梯制动器失效进行保护。

一种电梯制动器失效保护系统，保护系统包括电梯系统传感器模块、电梯制动器传感器模块以及控制模块，电梯系统传感器模块通过电梯系统传感器组件获取数据，电梯制动器传感器模块通过电梯制动器传感器组件获取数据，电梯系统传感器模块以及电梯制动器传感器模块分别将获取的数据发送至控制模块，控制模块通过控制组件获取数据并对数据进行分析，完成对电梯制动器失效故障进行判断并及时做出预警，本发明通过设置电梯制动器失效保护系统，能够实时监测电梯制动器是否失效，当电梯制动器失效后能够及时自动做出对应操作，替代原有人工定期进行电梯维护，提高电梯制动器的使用安全，有效保障了电梯使用安全，减少事故发生。

其中，逻辑处理单元包括高可靠性的MCU、电源子单元，电源监控子单元，看门狗子单元和存储子单元，逻辑处理单元主要用于判断存在故障或危险时，及时切断曳引机和制动器的供电，将其认定为接入安全回路中的安全继电器输出，通过将系统的继电器输出接入到安全回路中，从而控制曳引机和制动器的供电，MCU是微控制子单元，又称单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，本发明通过设置MCU提高处理电梯制动器检测时数据的准确性，同时提高数据处理的速度。

其中，逻辑处理单元包括主单元以及从单元，主单元以及从单元各自完成监控制动器运行状态的功能，主单元以及从单元的MCU通过SPI总线进行数据通信交互，主单元以及从单元结构完全相同，主单元中AD处理模块用于接收采集并处理各个传感器测量得到的模拟量；主单元中光耦输入模块用于采集微动开关的信号从而判断制动器的抱闸开闸动作情况；主单元中RTC模块作为时钟模块，用于保存记录发生故障的时间；主单元中看门狗模块用于检测出MCU发生系统发生错误时实现复位功能；主单元中人机界面用于显示故障代码和机器剩余寿命；主单元中带电可擦可编程只读存储器用来存储故障信息和电梯制动器相关参数；电源电路为系统提供电源，电源监控确保系统的供电电压状态保持正常；继电器作为输出元件，串联在安全回路中，当主从单元的一个继电器断开时，安全回路自动断开，系统断电进入安全状态，本发明在实际使用中通过光耦输入模块用于采集微动开关的信号从而判断制动器的抱闸开闸动作情况，实现判断电梯制动器是否失效，本发明不仅能够判断电梯制动器是否失效还能够在电梯制动器正常工作时实时监测，进而提高电梯制动器使用安全性。

其中，噪声传感器在制动器从正常工作到失效过程中，制动瓦片会逐渐产生磨损，其抱闸产生的声音会发出变化，因此通过噪声传感器安装在电器柜外部，朝向制动器，距离设置5m，完成监测到抱闸异常产生声音的变化，从而捕捉到制动的异常情况，本发明中通过采集电梯制动器中电梯制动瓦片产生的噪音，通过对噪音强度以及噪音音质的分析判断电梯制动器是否失效，提高判断的准确性。

其中，位移传感器采用激光位移传感器LG5A65NU对制动轮与闸瓦间隙和闸瓦磨损量进行间接测量，根据线圈架与衔铁盘的气隙来判断制动轮与闸瓦之间的间隙，如图2所示，X0和Y0为闸瓦未磨损时，断电和通电时线圈架一个固定点与衔铁盘上固定点之间的距离，X1和Y1为闸瓦磨损后，断电和通电时线圈架一个固定点与衔铁盘上固定点之间的距离。因此，可以得到间接初始状态下，制动瓦与制动轮的间隙为：d0=X0-Y0；磨损后，闸瓦与制动轮的间隙为：d1=X1-Y1；根据前后的间隙变化可以得出磨损量为∆d=d1-d0=X1-X0；根据制动器电压传感器的AD信号来判断制动器处于通电或断电状态并以此来判断实时的磨损量，通过判断电梯制动器的实时磨损量来监测电梯制动器是否失效，大大提高了电梯制动器监测的效率。

其中，电梯制动器编码器为海德汉绝对值编码器ECN1313，增量信号输出为正交的正余弦信号，为了将正交模拟量信号转换为脉冲信号，本发明选用了6位正余弦Flash转换器IC-NVH，将编码器输出的sin/cos信号作为芯片的信号输入，通过芯片内部的差分处理得到我们需要的正交脉冲信号作为输出。

其中，微动开关24V数字量由PLC提供，并由数据采集与控制板卡采集信号，微动开关主要用于以下两个功能：第一个功能：当电磁线圈中的线圈通电时，电枢磁盘被拉向线圈支架，制动器到位时微动开关发出信号，从而判断制动器开闸响应时间；第一个功能：制动器断电时，电枢磁盘重新回到初始位置，微动开关信号重新回归低电平，根据芯片得到的低电平时间与制动器断电时间推导出闭闸响应时间，本发明中通过设置微动开关提高对电梯制动器的控制效果，有效防止电梯制动器失效，当电梯制动器失效能够快速做出反应，保证电梯使用安全。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种电梯制动器失效保护装置，其特征在于：包括电梯系统传感器组件、电梯制动器传感器组件以及控制组件，所述电梯系统传感器组件以及所述电梯制动器传感器组件均与所述控制组件电性连接完成信号传输；

所述电梯系统传感器组件包括交流电压传感器、交流电流传感器以及旋转编码器，所述电梯制动器传感器组件包括热电偶、直流电压传感器，直流电流传感器、噪声传感器、激光位移传感器、编码器以及微动开关，所述控制组件包括数据采集卡、逻辑处理单元、预警输出单元，所述交流电压传感器、所述交流电流传感器以及所述旋转编码器均与所述数据采集卡电性连接，所述热电偶、所述直流电压传感器，所述直流电流传感器、所述噪声传感器、所述激光位移传感器、所述编码器以及所述微动开关均与所述数据采集卡电性连接。

2.一种电梯制动器失效保护系统，其特征在于：所述一种电梯制动器失效保护系统为一种电梯制动器失效保护装置的控制系统，所述一种电梯制动器失效保护装置为权利要求1中所述的一种电梯制动器失效保护装置，所述保护系统包括电梯系统传感器模块、电梯制动器传感器模块以及控制模块，所述电梯系统传感器模块通过所述电梯系统传感器组件获取数据，所述电梯制动器传感器模块通过所述电梯制动器传感器组件获取数据，所述电梯系统传感器模块以及所述电梯制动器传感器模块分别将获取的数据发送至所述控制模块，所述控制模块通过所述控制组件获取数据并对数据进行分析，完成对电梯制动器失效故障进行判断并及时做出预警。

3.根据权利要求2所述的一种电梯制动器失效保护系统，其特征在于：所述逻辑处理单元包括MCU、电源子单元，电源监控子单元，看门狗子单元和存储子单元，所述逻辑处理单元主要用于判断存在故障或危险时，及时切断曳引机和制动器的供电，将其认定为接入安全回路中的安全继电器输出，通过将系统的继电器输出接入到安全回路中，从而控制曳引机和制动器的供电。

4.根据权利要求3所述的一种电梯制动器失效保护系统，其特征在于：所述逻辑处理单元包括主单元以及从单元，所述主单元以及所述从单元各自完成监控制动器运行状态的功能，所述主单元以及所述从单元的MCU通过SPI总线进行数据通信交互，所述主单元以及所述从单元结构完全相同，所述主单元中AD处理模块用于接收采集并处理各个传感器测量得到的模拟量；所述主单元中光耦输入模块用于采集微动开关的信号从而判断制动器的抱闸开闸动作情况；所述主单元中RTC模块作为时钟模块，用于保存记录发生故障的时间；所述主单元中看门狗模块用于检测出MCU发生系统发生错误时实现复位功能；所述主单元中人机界面用于显示故障代码和机器剩余寿命；所述主单元中带电可擦可编程只读存储器用来存储故障信息和电梯制动器相关参数；电源电路为系统提供电源，电源监控确保系统的供电电压状态保持正常；继电器作为输出元件，串联在安全回路中，当主从单元的一个继电器断开时，安全回路自动断开，系统断电进入安全状态。

5.根据权利要求4所述的一种电梯制动器失效保护系统，其特征在于：所述噪声传感器在制动器从正常工作到失效过程中，制动瓦片会逐渐产生磨损，其抱闸产生的声音会发出变化，因此通过所述噪声传感器安装在电器柜外部，朝向制动器，距离设置5m，完成监测到抱闸异常产生声音的变化，从而捕捉到制动的异常情况。

6.根据权利要求5所述的一种电梯制动器失效保护系统，其特征在于：所述位移传感器采用激光位移传感器对制动轮与闸瓦间隙和闸瓦磨损量进行间接测量，根据线圈架与衔铁盘的气隙来判断制动轮与闸瓦之间的间隙，X0和Y0为闸瓦未磨损时，断电和通电时线圈架一个固定点与衔铁盘上固定点之间的距离，X1和Y1为闸瓦磨损后，断电和通电时线圈架一个固定点与衔铁盘上固定点之间的距离。

7.因此，可以得到间接初始状态下，制动瓦与制动轮的间隙为：d0=X0-Y0；磨损后，闸瓦与制动轮的间隙为：d1=X1-Y1；根据前后的间隙变化可以得出磨损量为∆d=d1-d0=X1-X0；根据制动器电压传感器的AD信号来判断制动器处于通电或断电状态并以此来判断实时的磨损量。

8.根据权利要求6所述的一种电梯制动器失效保护系统，其特征在于：电梯制动器编码器为海德汉绝对值编码器，增量信号输出为正交的正余弦信号，为了将正交模拟量信号转换为脉冲信号。

9.根据权利要求6所述的一种电梯制动器失效保护装置及系统，其特征在于：微动开关24V数字量由PLC提供，并由数据采集与控制板卡采集信号，微动开关主要用于以下两个功能：第一个功能：当电磁线圈中的线圈通电时，电枢磁盘被拉向线圈支架，制动器到位时微动开关发出信号，从而判断制动器开闸响应时间；第一个功能：制动器断电时，电枢磁盘重新回到初始位置，微动开关信号重新回归低电平，根据芯片得到的低电平时间与制动器断电时间推导出闭闸响应时间。

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