CN116331983A - 一种电梯运行状态监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯运行状态监测装置及监测方法，在监测装置中设置了激光测距仪、激光平面测摆装置，通过激光测距仪、激光平面测摆装置实现对电梯轿厢平层位置、电梯轿厢极限位置、电梯轿厢运行速度、电梯轿厢水平摆动、电梯轿厢倾斜、钢丝绳状态的全方位无介入监测，由于激光测距仪、激光平面测摆装置均不存在零点漂移和积累误差问题，因此具有数据采集准确性和稳定性高的优点；同时激光测距仪还可监测电梯轿厢极限位置，在电梯轿厢越过极限位置时，主动关断电梯控制柜电源，强行迫使电梯轿厢停止运动，防止冲顶或蹲底事故发生，从而极大改善了电梯运行的安全性。

Description

一种电梯运行状态监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及电梯维护及安全监测技术领域，具体涉及一种电梯运行状态监测装置及监测方法。

背景技术

随着国内建筑行业的快速发展，电梯在国内保有量迅速攀升，相对的电梯安全事故发生数量也不断上升，因此通过对电梯日常运行进行动态监测来判断电梯的健康状况，并根据电梯健康状况及时进行维护保养，以预防电梯安全事故的发生，是非常有效的技术手段；对电梯日常运行进行动态监测时，最方便的技术方案是用数据采集设备从电梯控制系统中采集电梯运行的相关数据，但该技术方案在具体实施中存在的问题是：电梯生产厂家通常不允许其他厂家监测设备接入电梯控制系统，否则将失去电梯生产厂家提供的质保和维护服务，因此要对电梯进行日常运行状态的动态监测，就必须采用非介入技术手段来采集电梯运行的相关数据。

另外电梯运行过程中，蹲底和冲顶是电梯运行中最严重的两类安全事故，一旦发生往往会导致人身伤亡事故；其中蹲底事故尚有限速器和安全钳进行主动保护，但对于冲顶事故在极限限位器一旦失灵时，则无任何主动安全保护手段，导致电梯发生冲顶事故的数量多于蹲底事故；因此如何增加电梯冲顶事故发生时的主动防护手段，也是电梯安全技术领域亟待解决的重要难题。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种电梯运行状态监测装置及监测方法，在监测装置中设置了激光测距仪、激光平面测摆装置，通过激光测距仪、激光平面测摆装置实现对电梯轿厢平层位置、电梯轿厢极限位置、电梯轿厢运行速度、电梯轿厢水平摆动、电梯轿厢倾斜、钢丝绳状态的全方位无介入监测；由于激光测距仪、激光平面测摆装置均不存在零点漂移和积累误差问题，因此具有数据采集准确性和稳定性高的优点；同时激光测距仪还可监测电梯轿厢极限位置，在电梯轿厢越过极限位置时，主动关断电梯控制柜电源，强行迫使电梯轿厢停止运行，预防冲顶或蹲底事故发生。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种电梯运行状态监测装置，包括固定设置在电梯机房中的监测装置、固定设置在电梯轿厢顶部的反光装置；电梯机房中设置有电梯控制柜，电梯控制柜前端电性连接有配电柜；监测装置包括激光测距仪、激光平面测摆装置、主控装置、无线通信模块，主控装置分别与激光测距仪、激光平面测摆装置、无线通信模块电性连接，激光平面测摆装置中设置有激光扫描装置；激光测距仪、激光平面测摆装置具有测量精度高、无积累误差的优点，可确保数据采集的准确性和稳定性；反光装置为板状，上板面设有消光区、反光区，消光区中设有消光区靶点；消光区涂覆有吸光涂料，用于吸收激光并转换为其他波长的光，避免入射激光返回；反光区、消光区靶点涂覆有反光材料，用于提高入射激光的反射率；监测装置工作时，激光测距仪射出点状激光照射在反光装置的反光区，激光平面测摆装置通过激光扫描装置射出正方形或圆形光斑照射在反光装置的消光区，正方形或圆形光斑面积始终保持不变；初始状态下（电梯轿厢处于底层平层状态）消光区靶点位于正方形或圆形光斑的中心；

激光测距仪以设定采样频率测量电梯轿厢运行过程中与监测装置的距离变化；监测装置工作时，激光测距仪射出点状激光照射在反光装置上，以设定频率测量得到电梯轿厢至监测装置连续变化的距离值，将连续变化的距离值对时间进行微分处理，得到电梯轿厢上升或下降的速度变化曲线；同时激光测距仪还可检测出电梯轿厢在每层楼层的平层距离值，及电梯轿厢是否越过底层或顶层的极限限位值；另外，电梯轿厢在底层时，随着负载变化，激光测距仪还可测出钢丝绳在负载变化时的长度变化量，进而评估出钢丝绳状态；

激光平面测摆装置与激光测距仪配合，测量电梯轿厢运行过程中的水平摆动；激光平面测摆装置工作时，激光扫描装置在扫描时序的控制下射出正方形或圆形光斑照射在反光板的消光区内，初始状态下电梯轿厢处于底层平层状态时消光区靶点位于正方形或圆形光斑的中心，当电梯轿厢上升或下降过程中，如果存在水平摆动，则消光区靶点会偏离正方形或圆形光斑的中心位置，电梯轿厢偏摆量与消光区靶点偏离正方形或圆形光斑中心位置的距离相等；在用消光区靶点偏离正方形或圆形光斑来测量电梯水平偏摆时，存在的问题是，正方形或圆形光斑的面积会随电梯轿厢所处的高度位置发生变化，尤其在高层建筑中，当电梯轿厢处在底层时，正方形或圆形光斑的面积会非常巨大，导致测量精度过低，且影响激光测距仪的正常工作，此时已无法测量电梯轿厢的水平摆动，因此引入激光测距仪的测量信号，用以矫正正方形或圆形光斑面积随电梯轿厢所处高度位置而发生变化的问题；在电梯轿厢上升或下降过程中，激光测距仪将测得的电梯轿厢与监测装置之间的距离传输给主控装置，主控装置根据电梯轿厢与监测装置之间的距离控制激光扫描装置的偏转角度，从而控制正方形或圆形光斑面积在电梯轿厢上升或下降过程中始终保持不变；激光平面测摆装置测量电梯轿厢水平偏摆的原理参见说明书附图9、10，为叙述简单，在说明书附图9中仅列出了激光扫描装置控制信号中的部分扫描信号的时序：当电梯轿厢出现偏摆时，消光区靶点偏离正方形或圆形光斑的中心，在一帧扫描周期T中，仅有照射在消光区靶点上的激光经反射返回，进入激光接收装置中产生时标信号G（矩形波），主控装置根据时标信号与激光扫描装置控制时序信号相位（T帧扫描周期、V垂直扫描信号、H水平扫描信号）的比对，得到沿原路返回激光对应的扫描时序中具体对应的帧扫描周期T、垂直扫描信号V、水平扫描信号H，根据该具体扫描时序即可确定沿原路返回激光在正方形或圆形光斑中的具体位置（即消光区靶点的位置），从而计算得到电梯轿厢的水平偏摆量ΔX、ΔY；

主控装置处理激光测距仪、激光平面测摆装置采集的数据，得到电梯轿厢运行状态；无线通信模块通信连接有后台主站，实时将电梯轿厢运行状态传输至后台主站，在后台主站实时监测电梯运行状况。

进一步的，激光平面测摆装置中的激光扫描装置为激光振镜或DMD芯片；激光振镜具有成本低的优点，有利于降低监测装置的成本；DMD芯片具有相应速度快、带宽高的优点，具有较高的测量精度。

进一步的，电梯运行状态监测装置电性连接至电梯控制柜前端的配电柜，控制电梯控制柜输入电源的关断；当监测装置检测到电梯轿厢越过极限位置时，监测装置控制继电开关主动关断电梯控制柜电源，强行迫使电梯轿厢停止运行，预防冲顶或蹲底事故发生，解决现有电梯在极限限位器失效时冲顶事故无安全主动保护手段的问题。

进一步的，激光测距仪、激光平面测摆装置均独立设置有激光源。

优选的，激光测距仪、激光平面测摆装置共用一个激光源。

优选地，激光测距仪设置有三个，三个激光测距仪分别调制有不同信号，用于接收反射回激光的区分，避免相互之间产生干扰；三个激光测距仪分别设置在三角形的三个顶点；三个激光测距仪可同时测得电梯轿厢顶部与监测装置之间三个不同位置的距离，根据三个不同位置的距离可确定电梯轿厢顶部实时所在平面，根据该实时所在平面与水平面间的夹角，即可得到电梯轿厢倾斜状况。

一种基于电梯运行状态监测装置的监测方法，电梯轿厢运行状态包括电梯轿厢平层位置、电梯轿厢极限位置、电梯轿厢运行速度、电梯轿厢水平摆动、电梯轿厢倾斜、钢丝绳状态；其中电梯轿厢平层位置、电梯轿厢极限位置由监测装置的激光测距仪直接测得；其中电梯轿厢运行速度由激光测距仪测得的电梯轿厢距监测装置的距离对时间微分得到；其中电梯轿厢水平摆动由激光平面测摆装置与激光测距仪配合测得；其中电梯轿厢倾斜由三个激光测距仪联合测得；其中钢丝绳状态由激光测距仪测得的电梯轿厢处于底层时，负载变化所导致钢丝绳长度变化量获得。

进一步的，电梯运行状态监测装置工作前，对电梯轿厢运行状态进行数据采集，获得电梯轿厢运行初始状态参数，将初始状态参数做图形化处理，得到电梯轿厢运行初始状态曲线并进行存储；电梯运行状态监测装置工作时，以电梯轿厢上下运行一趟为周期，对电梯运行状态进行监测；电梯上下运行时，监测装置采集电梯轿厢实时运行状态数据并进行图形化处理，得到电梯轿厢实时运行状态曲线，将电梯轿厢实时运行状态曲线与电梯轿厢运行初始状态曲线进行合并，计算电梯轿厢实时运行状态曲线与电梯轿厢运行初始状态曲线的最大偏离程度，根据偏离程度是否超过设定阈值来判断电梯运行状态是否出现异常。

优选的，电梯运行状态监测装置工作前，对电梯轿厢运行状态进行数据采集，获得电梯轿厢运行状态的初始数据；对电梯轿厢运行状态初始数据进行特征分解，得到电梯轿厢运行状态样本特征值，电梯轿厢运行状态样本特征值构成样本多维数据组，对样本多维数据组以设定参数进行聚类分析，得到样本多目标聚类组；电梯运行状态监测装置工作时，以电梯轿厢上下运行一趟为周期，对电梯运行状态进行监测；电梯上下运行时，监测装置实时采集电梯轿厢运行状态数据并进行特征分解，得到电梯轿厢运行状态实时多维数据组，将样本多维数据组与实时多维数据组一起以设定参数进行聚类分析，得到实时多目标聚类组；根据实时多目标聚类组数量是否大于样本多目标聚类组数量，判断电梯运行状态是否出现异常。

进一步的，当电梯运行状态出现异常时，对电梯轿厢实时运行出现异常的状态曲线或新出现的实时多目标聚类组影响最大的样本特征值进行分析，确定电梯轿厢何种运行状态出现异常及异常原因。

进一步的，电梯运行状态监测装置工作过程中，当判断电梯轿厢极限位置出现异常且电梯轿厢运行速度仍未减速时，电梯运行状态监测装置控制关断电梯控制柜前端的配电柜。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明公开的一种电梯运行状态监测装置及监测方法；在监测装置中设置了激光测距仪、激光平面测摆装置，通过激光测距仪、激光平面测摆装置实现对电梯轿厢平层位置、电梯轿厢极限位置、电梯轿厢运行速度、电梯轿厢水平摆动、电梯轿厢倾斜、钢丝绳状态的全方位无介入监测；由于激光测距仪、激光平面测摆装置均不存在零点漂移和积累误差问题，因此具有数据采集准确性和稳定性高的优点；同时激光测距仪还可监测电梯轿厢极限位置，在电梯轿厢越过极限位置时，主动关断电梯控制柜电源，强行迫使电梯轿厢停止运动，防止冲顶或蹲底事故发生，从而极大改善了电梯运行的安全性。

附图说明

图1为电梯运行状态监测装置安装位置示意图；

图2为监测装置原理框图；

图3为实施例1的激光平面测摆装置结构示意图；

图4为实施例2的激光平面测摆装置结构示意图

图5为实施例3的激光平面测摆装置结构示意图；

图6为反光装置结构示意图；

图7为实施例4的激光测距仪布置结构示意图；

图8为通过激光测距仪修正扫描光斑原理示意图；

图9为激光平面测摆装置原理示意图一；

图10为激光平面测摆装置原理示意图二；

图11为电梯轿厢平层位置监测原理示意图；

图12为电梯轿厢运行速度监测原理示意图；

图13为电梯轿厢水平摆动监测原理示意图。

图中：1、监测装置；1.1、激光测距仪；1.2、激光平面测摆装置；1.2.1、激光源；1.2.2、Y振镜；1.2.3、X振镜；1.2.4、分光镜；1.2.5、激光接收装置；1.2.6、扩束镜；1.2.7、场镜；1.2.8、反光镜；1.2.9、DMD芯片；1.2.10、单向反光镜；1.2.11、消光板；1.3、测距仪分光镜；2、配电柜；3、反光装置；3.1、消光区；3.2、反光区；3.3、消光区靶点；3.4、正方形或圆形光斑；3.5、测距光斑；4、电梯轿厢。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。

实施例1

参见说明书附图1、2、7：一种电梯运行状态监测装置，包括固定设置在电梯机房中的监测装置1、固定设置在电梯轿厢4顶部的反光装置3；电梯机房中设置有电梯控制柜，电梯控制柜前端电性连接有配电柜2；

监测装置1包括一个激光测距仪1.1、激光平面测摆装置1.2、主控装置、无线通信模块，主控装置分别与激光测距仪1.1、激光平面测摆装置1.2、无线通信模块电性连接；反光装置3为板状，上板面设有消光区3.1、反光区3.2，消光区中设有消光区靶点3.3，消光区3.1涂覆有吸光涂料，用于吸收激光并转换为其他波长的光，避免入射激光返回，反光区3.2、消光区靶点3.3涂覆有反光材料，用于提高入射激光的反射率；监测装置1工作时，激光测距仪1.1射出点状激光照射在反光装置3的反光区3.2，形成测距光斑3.5；激光平面测摆装置1.2工作时通过激光扫描装置射出正方形或圆形光斑3.4照射在反光装置3的消光区3.1，正方形或圆形光斑3.4的边长或直径为200-300mm，且在电梯轿厢4上下运行过程中始终保持不变，初始状态下电梯轿厢处于底层平层状态时，消光区靶点3.3位于正方形或圆形光斑3.4的中心；

电梯运行状态监测装置电性连接至电梯控制柜前端的配电柜2，通过继电控制器控制关断电梯控制柜前端的配电箱；

参见说明书附图3：激光平面测摆装置1.2包括激光源1.2.1、Y振镜1.2.2、X振镜1.2.3、分光镜1.2.4、激光接收装置1.2.5；激光源1.2.1发出的激光首先照射在Y振镜1.2.2，经Y振镜1.2.2反射到X振镜1.2.3，经X振镜1.2.3反射到分光镜1.2.4，激光穿透分光镜1.2.4照射在反光装置3；通常情况下，Y振镜1.2.2、X振镜1.2.3在扫描时序控制下高速往复偏转，在反光装置3的消光区3.1形成正方形或圆形光斑3.4；当电梯轿厢4上升或下降时，随着电梯轿厢4与监测装置1之间的距离变化，正方形或圆形光斑3.4的面积会发生变化；参见说明书附图8：当将激光测距仪1.1测得的电梯轿厢4与监测装置1之间的距离引入激光平面测摆装置1.2后，可以通过三角函数cotβ=（Y/X）/2求得X振镜1.2.3的偏转角度β，在该公式中，Y为激光测距仪1.1测得的电梯轿厢4与监测装置1之间的距离，X为扫描光斑至正方形或圆形光斑3.4中心线水平距离，由该光斑在正方形或圆形光斑3.4位置确定，因此在激光平面测摆装置1.2中引入激光测距仪1.1测得的电梯轿厢4与监测装置1之间的距离后，即可控制正方形或圆形光斑3.4大小在电梯轿厢升降过程中保持不变；

激光平面测摆装置1.2测量电梯轿厢4水平偏摆的原理参见说明书附图9、10，为叙述简单，仅列出了激光扫描装置控制信号中的部分扫描时序信号：当电梯轿厢4出现偏摆时，消光区靶点3.3偏离正方形或圆形光斑3.4的中心，在一帧扫描周期T中，仅有照射在消光区靶点3.3上的激光沿原路返回，进入激光接收装置1.2.5中产生时标信号G（矩形波），主控装置根据时标信号与激光扫描装置控制时序信号相位（T帧扫描周期、V垂直扫描信号、H水平扫描信号）的比对，得到沿原路返回激光对应的扫描时序中具体对应的帧扫描周期T、垂直扫描信号V、水平扫描信号H，根据该具体扫描时序即可确定沿原路返回激光在正方形或圆形光斑3.4中的具体位置（即消光区靶点3.3的位置），从而计算得到电梯轿厢的水平偏摆量△X、△Y。

实施例2

参见说明书附图4：在该实施例中，激光测距仪1.1、激光平面测摆装置1.2共用一个激光源，即激光测距仪1.1的激光源同时也作为激光平面测摆装置1.2的激光源，在激光测距仪1.1、激光平面测摆装置1.2之间设置有一个测距仪分光镜1.3，通过测距仪分光镜1.3从激光测距仪1.1分出一路激光至激光平面测摆装置1.2。

实施例3

参见说明书附图5：在该实施例中，用DMD芯片来代替激光平面测摆装置1.2中的激光振镜；该实施例中，激光平面测摆装置1.2包括激光源1.2.1、扩束镜1.2.6、场镜1.2.7、反光镜1.2.8、DMD芯片1.2.9、消光板1.2.11、单向反光镜1.2.10、激光接收装置1.2.5，激光源1.2.1发出的激光经扩束镜1.2.6扩束后，进入场镜1.2.7整形一束直径较大的平行激光束，该平行激光经反光镜1.2.8反射，照射至DMD芯片1.2.9上；当DMD芯片无扫描信号时，DMD芯片中的微振镜均不发生偏转，将入射平行激光束全部发射至消光板1.2.11吸收；当DMD芯片接收到扫描信号时，DMD芯片中的微振镜在扫描信号控制下发生偏转，将入射至DMD芯片的平行激光束反射至反光装置，在反光装置上扫描形成正方形或圆形光斑3.4，但在一帧扫描周期中，仅有一个微振镜反射的激光会照在反光装置3的消光区靶点3.3上，最终反射回激光接收装置1.2.5中。

实施例4

参见说明书附图7：在该实施例中，监测装置1中设置有三个激光测距仪1.1，三个激光测距仪1.1分别调制有不同信号，用于接收反射回激光的区分，避免产生干扰；三个激光测距仪1.1分别设置在三角形的三个顶点，说明书附图7显示了三个激光测距仪1.1在反光装置3的反光区3.2射出的三个测距光斑3.5的位置；采用三个激光测距仪1.1可同时测得电梯轿厢4顶部三个不同位置距离监测装置1的距离，根据三个不同位置的距离可确定电梯轿厢4顶部实时所在平面，根据该实时所在平面与水平面间的夹角，即可得到电梯轿厢4的倾斜状况。

一种电梯运行状态监测装置的监测方法，电梯轿厢运行状态包括电梯轿厢平层位置、电梯轿厢极限位置、电梯轿厢运行速度、电梯轿厢水平摆动、电梯轿厢倾斜、钢丝绳状态，上述各状态的监测均包括学习程序和执行程序；

其中电梯轿厢平层位置、电梯轿厢极限位置由监测装置的激光测距仪1.1直接测得；在电梯运行状态监测装置投入工作前，首先执行电梯轿厢平层位置学习程序，电梯轿厢平层位置学习程序包括数据采集、计算、图形化；数据采集在电梯运行中停止稳定后，对电梯轿厢上下运行过程中每层电梯轿厢平层距离Di（平层时电梯轿厢4顶部与监测装置1的距离，角标i为楼层序号）进行采集，每层楼层的平层距离Di至少采集三十二个（计算过程能力指数所需样本数量在30个以上），然后将每层楼层平层距离Di的上下极限值作为控制线；在电梯运行状态监测装置投入运行后，运行电梯轿厢平层位置监测程序；电梯轿厢4上下运行过程中，实施监测平层距离是否超过控制线作为判断电梯轿厢4的平层位置是否出现异常，参见说明书附图11；电梯轿厢极限位置实际为电梯轿厢在底层或顶层平层位置控制线的基础上增加了极限位置预警距离，通常设置为20cm，避免以电梯轿厢在底层或顶层平层位置控制线作为电梯轿厢极限位置时，可能出现的电梯控制柜频繁断电问题；

其中电梯轿厢运行速度由激光测距仪1.1测得的电梯轿厢距监测装置的距离对时间微分得到；在电梯运行状态监测装置投入工作前，首先执行电梯轿厢运行速度学习程序，电梯轿厢运行速度学习程序包括数据采集、计算、图形化；数据采集对电梯轿厢上下运行过程中从任意一个平层到另一个任意平层的运行过程中，以电梯运行速度1.7m/s为基准，采样距离不小于2.0mm要求，采用1000Hz的频率对电梯轿厢顶部与监测装置1之间的距离进行不小于三十二次的数据采集，经微分处理后得到电梯轿厢运行速度，对电梯轿厢运行速度图像化后，得到如说明书附图12所示的电梯轿厢运行速度曲线图；补充说明，在对电梯轿厢运行速度做图形化处理时，由于电梯轿厢在不同楼层间运行时，楼层跨度不同，因此所得到的电梯轿厢运行速度曲线图中，在匀速运行段的长度会出现不同，为便于进行状态监测，对匀速运行段的长度进行归一化处理，即将所有电梯轿厢运行速度曲线图在匀速运行段对时间轴进行压缩或放大，使所有电梯轿厢运行速度曲线图在匀速运行段的长度相同；另外，在说明书附图12所示的电梯轿厢运行速度曲线图中所示例的上升或下降曲线中，实际是由不少于三十二个曲线图叠加而成，将叠加后的上升或下降曲线的外轮廓线作为控制线；在电梯运行状态监测装置投入运行后，运行电梯轿厢运行速度监测程序；电梯轿厢4上下运行过程中，以电梯轿厢4上下运行一次为周期，监测电梯轿厢4运行速度是否超过控制线判断电梯轿厢运行速度是否出现异常；

其中电梯轿厢水平摆动由监测装置的激光平面测摆装置1.2、激光测距仪1.1配合测得；在电梯运行状态监测装置投入工作前，首先执行电梯轿厢水平摆动学习程序，电梯轿厢水平摆动学习程序包括数据采集、计算、图形化；数据采集以100Hz的频率对电梯轿厢上下运行过程中的水平摆动进行数据采集，数据采集至少经过三十二轮（电梯轿厢每上下一次为一轮）；数据采集结束后将所有电梯轿厢水平摆动点（数据为离散点）投影在水平面上，以能包围所有电梯轿厢水平摆动点的最小圆的圆心为原点，做直角坐标系，其中Y轴的方向是在电梯轿厢外面对电梯轿厢的方向，最小圆的直径为电梯轿厢水平摆动控制线，参见说明书附图13；在电梯运行状态监测装置投入运行后，运行电梯轿厢水平摆动监测程序，电梯轿厢4上下运行过程中，实时监测电梯轿厢水平摆动是否超过控制线判断电梯轿厢水平摆动是否出现异常；

其中电梯轿厢倾斜由监测装置的三个激光测距仪1.1配合测得；在电梯运行状态监测装置投入工作前，首先执行电梯轿厢倾斜学习程序，电梯轿厢倾斜学习程序包括数据采集、计算；数据采集以1000Hz的频率对电梯轿厢上下运行过程中的倾斜状态进行数据采集，数据采集至少经过三十二轮（电梯轿厢每上下一次为一轮）；数据采集结束后，计算得到电梯轿厢倾斜角度，将采集到的所有数据中电梯轿厢最大倾斜角度为极限值；在电梯运行状态监测装置投入运行后，运行电梯轿厢倾斜监测程序，电梯轿厢4上下运行过程中，实时监测电梯轿厢倾斜是否超过最大倾斜角度判断电梯轿厢倾斜是否出现异常；

其中钢丝绳状态由激光测距仪1.1测得的电梯轿厢处于底层时，当人员进出电梯轿厢造成负载变化时，钢丝绳长度变化量（即电梯轿厢底层平层的距离变化）获得；补充说明的是：在采集钢丝绳状态与电梯轿厢底层平层位置数据时，以两者之间的稳态时间做间隔区分，稳态时间是指电梯轿厢在底层停稳后、电梯门打开前，电梯轿厢底层平层位置保持不变的时间；在电梯运行状态监测装置投入工作前，首先执行钢丝绳状态学习程序，钢丝绳状态学习程序包括数据采集、计算；钢丝绳状态数据采集频率与电梯轿厢平层位置数据采集频率相同，以1000Hz的频率对电梯轿厢上下人员过程中，电梯轿厢底层平层位置变化量进行采集，数据采集至少经过三十二次；数据采集结束后将采集到的电梯轿厢底层平层位置最大变化量作为钢丝绳状态极限值；在电梯运行状态监测装置投入运行后，运行钢丝绳状态监测程序，电梯轿厢4下行运行到底层且停留一段时间后，开始实时监测钢丝绳状态，以电梯轿厢底层平层位置变化量是否超过钢丝绳状态极限值判断钢丝绳状态是否出现变化或异常。

另一种电梯运行状态监测装置的监测方法，相比前述电梯运行状态监测装置的监测方法，引入了人工智能技术，其具体方法为：电梯运行状态监测装置工作前，对电梯轿厢运行状态进行数据采集，获得电梯轿厢运行状态的初始数据；对电梯轿厢运行状态初始数据进行特征分解，得到电梯轿厢运行状态样本特征值，电梯轿厢运行状态样本特征值构成样本多维数据组，对多维数据组以设定参数进行聚类分析，得到样本多目标聚类组；电梯运行状态监测装置工作时，对实时采集到的电梯轿厢运行状态数据并进行特征分解，得到电梯轿厢运行状态实时多维数据组，将样本多维数据组与实时多维数据组一起以设定参数进行聚类分析，得到实时多目标聚类组；根据实时多目标聚类组数量是否大于样本多目标聚类组数量，判断电梯运行状态是否出现异常；以电梯轿厢运行速度为例，在学习程序中得到电梯轿厢运行速度初始数据后，电梯轿厢运行速度初始数据进行特征分解，得到电梯轿厢运行速度的电梯轿厢上升加速时间Tua、电梯轿厢上升减速时间他Tum、电梯轿厢上升匀速运行速度Vu、电梯轿厢下降加速时间Tda、电梯轿厢下降减速时间Tdm、电梯轿厢下降匀速运行速度Vd等样本特征值，上述电梯轿厢运行速度样本特征值构成样本多维数据组，对多维数据组以设定参数进行聚类分析，正常情况下会得到电梯轿厢仅在一层楼之间上下和电梯轿厢在多层楼之间上下两组多目标聚类组；电梯运行状态监测装置工作时，根据采集到的电梯轿厢运行速度数据得到电梯轿厢运行速度实时多维数据组，将电梯轿厢运行速度实时多维数据组与电梯轿厢运行速度样本多维数据组一起进行聚类分析，得到实时多目标聚类组；正常情况下实时多目标聚类组仍然为两组多目标聚类组；但是当电梯轿厢运行速度出现异常时，会出现大于两组多目标聚类组，对新出现的多目标聚类组的影响最大样本特征值进一步分析，确定电梯轿厢运行速度异常特征及异常可能原因；假如新出现多目标聚类组的影响最大样本特征值为上升匀速运行速度Vu，则初步判断电梯的电控系统出现问题；假如新出现多目标聚类组的影响最大样本特征值为电梯轿厢上升加速时间Tua，则初步判断曳引系统的钢丝绳可能出现打滑；当电梯运行状态出现异常时，运维人员到达现场做进一步分析和处理。

电梯运行状态监测装置工作过程中，当判断电梯轿厢运行位置已超过极限位置20cm，且电梯运行速度仍保持电梯轿厢上升匀速运行速度Vu、或电梯轿厢下降匀速运行速度Vd，或超过电梯轿厢上升匀速运行速度Vu、或电梯轿厢下降匀速运行速度Vd时，判断电梯的电控系统出现严重故障，电梯运行状态监测装置控制关断电梯控制柜前端的配电柜2，切断电梯控制柜的电源，依靠电梯曳引系统刹车或限速装置使电梯轿厢强制停止运行。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims (10)

1.一种电梯运行状态监测装置，其特征是：包括固定设置在电梯机房中的监测装置（1）、固定设置在电梯轿厢（4）顶部的反光装置（3）；电梯机房中设置有电梯控制柜，电梯控制柜前端电性连接有配电柜（2）；

监测装置（1）包括激光测距仪（1.1）、激光平面测摆装置（1.2）、主控装置、无线通信模块，主控装置分别与激光测距仪（1.1）、激光平面测摆装置（1.2）、无线通信模块电性连接；激光平面测摆装置（1.2）中设置有激光扫描装置；

反光装置（3）为板状，上板面设有消光区（3.1）、反光区（3.2），消光区（3.1）中设有消光区靶点（3.3）；监测装置（1）工作时，激光测距仪（1.1）射出点状激光照射在反光装置（3）的反光区（3.2），激光平面测摆装置（1.2）通过激光扫描装置射出正方形或圆形光斑（3.4）照射在反光装置（3）的消光区（3.1），正方形或圆形光斑（3.4）面积始终保持不变；初始状态下（电梯轿厢处于底层平层状态）消光区靶点（3.3）位于正方形或圆形光斑（3.4）的中心；

激光测距仪（1.1）以设定采样频率测量电梯轿厢（4）运行过程中与监测装置的距离变化；

激光平面测摆装置（1.2）与激光测距仪（1.1）配合，以设定扫描帧频率测量电梯轿厢（4）运行过程中的水平摆动；

主控装置处理激光测距仪（1.1）、激光平面测摆装置（1.2）采集的数据，得到电梯轿厢（4）运行状态，并判断电梯轿厢（4）运行状态是否正常；

无线通信模块通信连接有后台主站，实时将电梯轿厢（4）运行状态传输至后台主站。

2.根据权利要求1所述电梯运行状态监测装置，其特征是：激光平面测摆装置（1.2）中设有激光振镜或DMD芯片（1.2.9）。

3.根据权利要求1所述电梯运行状态监测装置，其特征是：监测装置（1）电性连接至电梯控制柜前端的配电柜（2），控制电梯控制柜输入电源的关断。

4.根据权利要求1所述电梯运行状态监测装置，其特征是：激光测距仪（1.1）、激光平面测摆装置（1.2）均独立设置有激光源；或激光测距仪（1.1）、激光平面测摆装置（1.2）共用一个激光源。

5.根据权利要求1所述电梯运行状态监测装置，其特征是：激光测距仪（1.1）设置有三个，三个激光测距仪（1.1）分别调制有不同信号；三个激光测距仪（1.1）分别设置在三角形的三个顶点。

6.一种基于权利要求1-4任意一项所述电梯运行状态监测装置的监测方法，其特征是：电梯轿厢（4）运行状态包括电梯轿厢（4）平层位置、电梯轿厢（4）极限位置、电梯轿厢（4）运行速度、电梯轿厢（4）水平摆动、电梯轿厢（4）倾斜、钢丝绳状态；其中电梯轿厢（4）平层位置、电梯轿厢（4）极限位置由监测装置的激光测距仪（1.1）直接测得；其中电梯轿厢（4）运行速度由激光测距仪（1.1）测得的电梯轿厢（4）距监测装置的距离对时间微分得到；其中电梯轿厢（4）水平摆动由激光平面测摆装置（1.2）与激光测距仪（1.1）配合测得；其中电梯轿厢（4）倾斜由三个激光测距仪（1.1）联合测得；其中钢丝绳状态由激光测距仪（1.1）测得的电梯轿厢（4）处于底层时，负载变化时钢丝绳长度变化量获得。

7.根据权利要求6所述电梯运行状态监测装置的监测方法，其特征是：电梯运行状态监测装置工作前，对电梯轿厢（4）运行状态进行数据采集，获得电梯轿厢（4）运行初始状态参数，将初始状态参数做图形化处理，得到电梯轿厢（4）运行初始状态曲线并进行存储；电梯运行状态监测装置工作时，采集电梯轿厢（4）实时运行状态数据并进行图形化处理，得到电梯轿厢（4）实时运行状态曲线，将电梯轿厢（4）实时运行状态曲线与电梯轿厢（4）运行初始状态曲线进行合并，计算电梯轿厢（4）实时运行状态曲线与电梯轿厢（4）运行初始状态曲线的最大偏离程度，根据偏离程度判断电梯运行状态是否出现异常。

8.根据权利要求7所述电梯运行状态监测装置的监测方法，其特征是：电梯运行状态监测装置工作前，对电梯轿厢（4）运行状态进行数据采集，获得电梯轿厢（4）运行状态的初始数据；对电梯轿厢（4）运行状态初始数据进行特征分解，得到电梯轿厢（4）运行状态样本特征值，电梯轿厢（4）运行状态样本特征值构成样本多维数据组，对多维数据组以设定参数进行聚类分析，得到样本多目标聚类组；电梯运行状态监测装置工作时，实时采集电梯轿厢（4）运行状态数据并进行特征分解，得到电梯轿厢（4）运行状态实时多维数据组，将样本多维数据组与实时多维数据组一起以设定参数进行聚类分析，得到实时多目标聚类组；根据实时多目标聚类组数量是否大于样本多目标聚类组数量，判断电梯运行状态是否出现异常。

9.根据权利要求8所述电梯运行状态监测装置的监测方法，其特征是：当判断电梯运行状态出现异常时，对电梯轿厢（4）实时运行出现异常的状态曲线或新出现的实时多目标聚类组影响最大的样本特征值进行分析，进一步确定电梯轿厢（4）何种运行状态出现异常及异常原因。

10.根据权利要求9所述电梯运行状态监测装置的监测方法，其特征是：当判断电梯轿厢（4）极限位置出现异常且电梯轿厢（4）运行速度仍未减速时，电梯运行状态监测装置控制关断电梯控制柜前端的配电柜（2）。

Images