CN201406235Y - 电梯动态智能监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种电梯动态智能监控装置，可用于对电梯运行性能的检测。该装置中的CAN总线信号采集节点采集现场传感器的输出信号，并将其通过CAN现场总线传送给现场工控机主站。电梯故障检测模块将电梯运行状态信号传送给现场工控机主站，现场工控机主站综合CAN总线信号采集节点和电梯故障检测模块的信号，对电梯运行质量作出判断，如电梯出现故障，则通过无线报警模块实现报警。现场工控机主站将现场传感器采集的信号传送给计算机数据处理中心，对其作进一步分析。本实施例能够实现对轿厢运行的加速度、振动、运行噪声及电梯曳引机工作电压、电流、温度、机房噪声、电梯运行故障等的检测，同时使用简单方便，检测数据全面，实用性强。

Description

电梯动态智能监控装置

技术领域

本实用新型是一种电梯动态智能监控装置，可用于对电梯运行性能的检测。

背景技术

目前，在运电梯安全运行的检测普遍采用的是每年一次人工定检。电梯检验部门每年对电梯进行一次定期的安全技术性能检验，检测手段主要是对电梯各部件的外观检查和整体的性能试验。人工定检对保证在运电梯的安全运行发挥了重要作用，但实际上它存在不足之处：

1)有一些老、旧电梯，往往经过维修保养人员针对性的调整后，在检验当天是可以达到定检标准要求的，而实际上，其安全运行的稳定性和可靠性难以保证，一旦投入使用，电梯的运行存在风险；

2)人工定检不仅浪费人力，而且其检测数据容易带有主观因素，使电梯检验的标准化和规范化程度不高；

3)人工检测所得的数据资料比较少，而且所得数据资料的分类、整理和数据评估费时费力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了现有检测方式的上述不足，提供了一种电梯动态智能监控装置，该装置以现场总线技术为基础、以微处理器为核心、以数字化通信为传输方式，同时具备实时数据采集、数据显示、无线报警及传输、数据分析等功能。

为实现上述目的，本发明的解决方案如下：本装置包括现场传感器、CAN现场总线、现场工控机主站、电梯故障检测模块、无线报警模块和计算机数据处理中心。其中：

现场传感器通过CAN现场总线与现场工控机主站相连，CAN现场总线采集现场传感器的模拟量输出信号，并将其转换为数字信号后传送给现场工控机主站；现场工控机主站将现场传感器采集的信号传送给计算机数据处理中心；

电梯故障检测模块通过串口与现场工控机主站相连，将检测到的电梯运行状态信号传送给现场工控机主站，现场工控机主站综合现场传感器的检测信号和电梯故障检测模块的信号对电梯运行质量作出判断，如电梯出现故障，通过无线报警模块报警。

所述的现场工控机主站与计算机数据处理中心之间传送信号的方式为无线通讯。

所述的现场工控机将采集到的现场传感器数据存入硬盘，并定期将硬盘取出，置入计算机数据处理中心进行数据分析。

本装置具有如下优点：

1)采用了分布式结构：由于电梯的检测系统是多目标、多任务、多参数、多功能的实时系统，因此，为了提高响应速度，需要采用分布式系统。系统设数据中心和现场检测两级。每个采集节点相对独立，采用一个采集节点采集一种参数的方式自动检测电梯的运行情况，当系统出现故障时，通过实时检测，可以发出无线报警信号；

2)采用了基于CAN总线的现场总线控制系统(FCS)：CAN总线数据传输的高可靠性和实时性，决定了它非常适合实时网络监控系统的研制开发。所以，我们选择了CAN总线技术作为控制系统的核心技术。这既是CAN总线技术本身特点所决定的，也是完全符合当前国际、国内自动化技术最前沿应用热潮的趋势；

3)使用方便：数据可以通过两种方式实现数据中心与现场工控机主站的数据传输，即通过无线的方式或者硬盘移动的方式，操作方法简单。另外，如果采集参量有变化，可以增加或者减去采集节点，即插即用，系统安装方便，可扩展性强。

附图说明

图1结构功能图

图2CAN总线信号采集节点硬件组成方案

图3模拟量采集硬件电路1

图4模拟量采集硬件电路2

图5CAN网络通讯硬件电路

图6RS232串口通讯硬件电路

图7CAN总线信号采集节点软件流程图

图8现场工控机数据采集软件工作流程图

图9计算机数据处理中心软件工作流程图

具体实施方式

CAN总线信号采集节点2主控芯片选用的是C8051F040，AD转换电路单通道采样频率为100kbps，精度选择12位，集成内部CAN协议控制器，现场通讯速率不低于125kbps；现场工控机主站4集成Celeron M 1 GHz处理器，支持Windows 2000/XP操作系统，160G硬盘；计算机数据处理中心7，处理器主频1GHz以上，支持WindowsXP操作系统。

下面结合附图对本实用新型的作进一步说明：

如图1所示，本实施例包括现场传感器1、CAN总线信号采集节点2、电梯故障检测模块3、现场工控机主站4、无线通讯模块5、无线报警模块6、计算机数据处理中心7。其中：现场传感器1用来采集电梯运行各部位的信号，主要包括振动信号、加速度信号、电压，电流信号、温度信号、噪声信号等，并将其转换为标准的电压输出信号。CAN总线信号采集节点2采集各种传感器输出的电压信号，并在单片机控制器内进行相应的滤波、误差补偿等数据处理方法，然后将其转换为符合CAN应用层协议的数字信号，然后通过CAN现场总线传送给现场工控机主站4。电梯故障检测模块3通过串口通信将电梯运行状态信号传送给现场工控机主站4，现场工控机主站4综合CAN总线信号采集节点2和电梯故障检测模块3的信号，对电梯运行质量作出判断，如电梯出现故障，可通过无线报警模块6实现手机报警。

现场工控机主站4通过CAN总线网络智能接口卡轮询访问CAN总线信号采集节点2，并将采集数据存入本机硬盘设备中，为计算机数据处理中心7提供原始分析数据。CAN总线信号采集节点2与现场工控机主站4通过CAN总线相互通讯，现场工控机主站4与计算机数据处理中心7中心通过两种方式相互进行数据交换：①通过移动存储设备，将现场工控机主站4采集到的电梯参数直接存入硬盘，然后每隔一段时间将硬盘取走，移到计算机数据处理中心7进行数据的高级分析；②考虑到在机房布线不是非常的方便，因此本装置也可以通过无线方式来完成数据的传输，即现场工控机主站4通过无线通讯模块5将采集数据传送给计算机数据处理中心7。

现场工控机主站4通过友好的人机界面为用户提供直观的电梯运行状态信息，同时实现CAN结点组态、历史数据存储、报警等功能。计算机数据处理中心7利用现场工控机主站4存储的数据进行高级数据分析，对近半年电梯运行参数进行综合处理，为判断电梯运行状况提供可靠的数据依据，并根据要求出具电梯检测报告，而且可以将数据刻入光盘等设备，为数据备份。系统的结构功能图见图1所示。

以上结构成功的将功能和固定的模块结合，每个模块只需专注于完成自身的功能，便于系统的调试，降低了系统综合调试工作量，同时增加了系统的扩展性。

图2为CAN总线信号采集节点2硬件组成方案。其中的信号采集单元为现场传感器1，信号处理单元包括：调理电路、A/D转换和微控制器，调理电路根据现场传感器1输出信号的不同分为图3和图4所示的两种信号调理电路，图3为对输入的电压信号进行信号调理及两级低通滤波，图4为对输入的电压进行信号调理及一级低通滤波。微控制器采用C8051F040单片机，内部集成A/D采集端口，精度选择12位。网络接口单位为CAN接口，由于微控制器内嵌CAN协议控制器，只需要外接收发器及滤波电路即可，硬件方案如图5所示。在通讯电路中需要注意的是：隔离芯片ADuM1201所采用的两个电源VDD和V_CAN必须相互隔离，否则隔离就失去了意义。这样虽电路复杂一点，但是却提高了节点的稳定性和安全性。另外，总线两端两个120欧的电阻，对于匹配总线阻抗起着相当重要的作用。忽略掉它们，会使数据通信的抗干扰性及可靠性大大降低，甚至无法通信。

本装置集成的电梯故障检测模块与现场工控机通过RS232串口进行通讯，将检测到的电梯运行状态信号传送给现场工控机主站。本模块由北安时代电梯公司提供，该模块是一种对运行中的电梯进行中央化集中遥控监测的计算机系统，是随着计算机控制技术和网络通讯技术的发展而逐步发展起来的，是当前电梯运行管理领域的前沿。该模块适应所有控制类型的电梯，能够降低电梯的故障率，减少故障停梯时间。通过此模块可以检测电梯运行的以下参数：轿厢内报警信号、安全链故障、门区外停梯、上端站故障停梯、下端站故障停梯、运行中意外开门、电梯电源故障、门锁故障累计及报警、门不到位、运行方向信号异常、运行信号异常、端站减开关异常、进入消防功能提示、进入检修功能提示、维修保养超期提示、电梯累计运行时间、电梯累计运行次数。

现场工控机主站4收集CAN总线信号采集节点2数据，并对数据进行初步预处理，判断数据是否超出电梯技术要求，监测数据的同时，将原始采集数据存储至硬盘设备。如果现场出现异常情况，现场工控机主站4可以通过无线报警模块6发送报警信号到指定手机，当然也可以选择通过无线通讯模块5将现场数据发送至远程数据中心进行进一步的分析。

图6为串口采集电路，噪声传感器的噪声信号为RS232串口输出，所以CAN总线信号采集节点2需要通过串口与噪声传感器进行通信，采集噪声信号。另外，可以通过串行通信指示灯来观察通信是否正常。

图7为CAN总线信号采集节点2软件流程图，系统的软件设计主要包括：CPU复位初始化，CAN协议控制器初始化，中断处理程序，看门狗设置，后台处理程序。CPU复位初始化主要是完成当控制器由于某种原因出现复位时，进行初始化；CAN协议控制器初始化，主要完成对CAN接收及发送邮箱的初始化设置及应用层协议中规定的资源进行内部RAM分配；中断处理程序主要完成对模拟量数据的采集，然后将采集到的数据进行标度变换，非线性误差补偿，以尽量消除处理后的数据与采集数据的误差，将经过处理的有效数据存入数据发送缓冲区，等待数据请求命令；看门狗主要是为了防止由于现场的各种原因造成单片机内部程序跑飞，出现死机现象而设置的，它能够在单片机死机的情况下，使单片机进行软件复位，从而使单片机能够正常工作；后台处理程序包括CAN接收及发送程序。CAN接收程序将总线上按照协议传输的数据，存入到相应的消息寄存器，同时将总线上接收到的数据进行解析，并且按照协议规定，将采集到的数据重新打包，封装成能够使主站接收的协议格式，然后利用CAN发送程序将数据传送到CAN总线上。

图8为现场工控机主站4数据采集软件工作流程图，现场工控机通过多线程定时轮询数据采集节点，将传感器信号采集到工控机主站。所采集的即时数据以两种形式给出，一种是以图示形式给出，图示形式的模拟量信号分别用曲线图给出，开关量信号用脉冲信号表示；另外一种是以列表的形式给出，在列表中详细的记录了采集数据的具体时间及确切数据。同时软件系统及时判断数据是否超出电梯技术要求的范围，若出现不正常数据，则通过无线报警模块将报警信号发送至技术人员的手机上。如果希望查看以往的数据，可以通过软件的查询系统，对以往具体时间的采集数据进行列表查询。

图9为计算机数据处理中心7软件工作流程图，数据中心的主要任务是对数据进行综合处理，比如分析同一个物理量的历史数据，从而判断其运行趋势；分析同时刻多个物理量的运行曲线，从而判断整部电梯的运行质量。数据中心可以通过现场工控机提供的数据硬盘进行数据分析，也可以通过GPRS无线网络实现与现场工控机的无线通讯，从而实现远程无线数据采集。可以通过数据中心观察电梯运行的历史数据记录，并对各项数据进行统计，得出各项参数极值，平均值，运营率，故障率等等。可以选择需要统计的参数及日期，并且可以出具数据报告，为电梯的运营质量提供数据依据。

所述各传感器的结构如下：

振动传感器：内装微型IC放大器的压电加速度传感器，它将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体，能直接与记录、显示和采集仪器连接，简化了测试系统，提高了测试精度和可靠性。

加速度传感器：内装IC应变式加速度传感器，该传感器不同于传统的应变桥结构，它是在硅片上同时集成了42个对加速度敏感的可变电容单元，解决了零漂、噪声、精度三大难题。响应频率为0～10Hz，测量范围为1.5g，精度为847mV/g(5Hz@0.25g)，“0”输出为2.522V。

噪声传感器：HS5633T型声级计是一种测量指数时间计权声级的通用声级计，其性能符合IEC61672-2002标准对2级声级计的要求，对射频场敏感度属X类。本仪器具有可靠性高，稳定性好，动态范围宽等优点。还具有点阵字符式液晶显示，结构紧凑，造型美观，可用于工业噪声的测量。

电流传感器：霍尔电流传感器是一种宽频响、高可靠的、响应快、过载能力强、线性好能隔离主电路回路和电子控制电路的电检测元件。它综合了互感器和分流器的所有优点，同时又克服了互感器只适用于交流正弦波信号测量和分流器无法进行隔离测量的不足。霍尔电流传感器既可以检测交流，也可以检测直流，可以检测瞬态峰值和任意波形。

电压传感器：KD-300V/5V/S传感器，采用电磁隔离；此种型号可同时测量三相交流电压信号；对应输出5V直流电压信号。

温度传感器：DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55℃～+125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。其体积小，经济性，灵活性十分适合在本系统中应用。

本实施例能够实现对轿厢运行的加速度，X、Y、Z三个方向振动，运行噪声及电梯曳引机工作电压、电流、温度、机房噪声、电梯运行故障等的检测，同时使用简单、方便，检测电梯数据全面，实用性强。

Claims (3)

1、电梯动态智能监控装置，其特征在于：包括现场传感器、CAN现场总线、现场工控机主站、电梯故障检测模块、无线报警模块和计算机数据处理中心；其中：

现场传感器通过CAN现场总线与现场工控机主站相连，CAN现场总线采集现场传感器的模拟量输出信号，并将其转换为数字信号后传送给现场工控机主站；现场工控机主站将现场传感器采集的信号传送给计算机数据处理中心；

电梯故障检测模块通过串口与现场工控机主站相连，将检测到的电梯运行状态信号传送给现场工控机主站，现场工控机主站综合现场传感器的检测信号和电梯故障检测模块的信号对电梯运行质量作出判断，如电梯出现故障，通过无线报警模块报警。

2、根据权利要求1所述的电梯动态智能监控装置，其特征在于：现场工控机主站与计算机数据处理中心之间传送信号的方式为无线通讯。

3、根据权利要求1所述的电梯动态智能监控装置，其特征在于：所述的现场工控机将采集到的现场传感器数据存入硬盘，并定期将硬盘取出，置入计算机数据处理中心进行数据分析。

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