CN203212149U - 电梯轿厢振动在线监测报警器 - Google Patents
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Abstract
电梯轿厢振动在线监测报警器，属于电梯轿厢振动监测仪器技术领域，其特征在于三轴加速度传感器通过A/D转换模块与微处理器建立数据传输连接，微处理器与A/D转换模块建立控制指令传输连接，报警IO口为微处理器与外部的电梯控制系统建立数据传输连接，RS485接口为微处理器与外部的远程数据传输模块建立远程双向数据传输连接；应用本实用新型能实时在线监测电梯轿厢垂直和水平方向的振动和加加速度，当振动和加加速度超过允许值时向电梯控制系统发出报警控制信号或者通过自动断开电梯安全回路进行报警，同时向远程监控平台发送报警信息，可适用于各类曳引或强制驱动电梯，对于发现电梯早期故障和防止电梯故障恶化具有重要作用。
Description
技术领域
本实用新型属于电梯轿厢振动监测仪器技术领域，具体涉及一种电梯轿厢振动在线监测报警器。
背景技术
随着城市化的发展及高层建筑的普及，电梯作为垂直交通工具，得到了大量的应用，已成为我们日常生活中不可缺少的重要组成部分。近10年来，电梯每年以20%左右的速度增长，目前，我国在用电梯数量已超过200万台，成为全球最大的电梯制造基地和电梯市场。以杭州为例，电梯数量从2004年底的1.2万多台增长到2012年底的5.6万多台，8年翻了两翻多。
随着时间的推移，10年前大量投入使用的电梯逐渐进入老龄期，未来，使用时间超过10年的老旧电梯的数量将会急剧增加。据统计，目前浙江省使用年限在10年以上的在用老旧电梯有2万多台，约占在用电梯总量的10%；杭州市使用年限在10年以上的在用老旧电梯有6000多台，约占在用电梯总量的12%。这些数据和比例都预示着，电梯即将逐步迈入“老龄化”，伴随而来的是电梯进入故障多发期，屡屡发生电梯故障停梯和故障困人事故。
保障电梯安全，需要科学监管和技术进步两手抓。《特种设备安全监察条例》规定的电梯监督检验和定期检验是确保电梯安全的重要监管手段，而检验规则和仪器装备则是确保电梯安全的重要技术支撑。电梯运行性能，包括运行加速度、速度、制停距离、噪声等，是电梯检验和安全评价的重要内容，也是衡量电梯舒适感的重要指标。国家标准GB/T10058-1997《电梯技术条件》要求，乘客电梯的启动和制动加、减速度最大值不应大于1.5m/s2，当额定速度大于1.0m/s且不大于2.0m/s时，平均加、减速度不应小于0.48m/s2，当额定速度大于2.0m/s且不大于2.5m/s时，平均加、减速度不应小于0.65m/s2。对于电梯乘客而言，对舒适感影响最大的是加加速度，如果将加加速度限制在1.3m/s3以下，即使最大加速度达到（2～2.5）m/s2，也不会使人感到过分不适。GB/T 24474-2009《电梯乘运质量测量》将振动作为电梯乘运质量的重要评价指标，并明确了振动的测量方法。GB/T 20900-2007《电梯、自动扶梯和自动人行道风险评价和降低的方法》将电梯运行加速度作为引起伤害的重要风险源之一。国外已经出现了电梯运行性能测试或者乘运质量测量的专用仪器EVA625，EVA625以8XC52系列微处理器为核心，能够测量三轴加速度和噪声，并采用RS232接口与PC机通讯，EVA625专用软件运行于PC机，用于分析电梯运行的振动、噪声性能。但是，EVA625仅有4通道700秒的数据存储空间，数据分析也只能在性能测试之后离线进行，这制约了其长时间在线观测性能，此外，数万元的价格也限制了EVA625在线监测报警方面的应用。国内在电梯技术领域总体落后于国际水平，尚未出现电梯轿厢振动在线监测报警方面的装置，不能为电梯安全保障提供足够的技术支撑。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种可在线实时监测振动相关参数并能向电梯控制系统和电梯远程监控平台实时报警的电梯轿厢振动在线监测报警器技术方案，以克服现有技术中存在的问题。
所述的电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于包括微处理器、三轴加速度传感器、报警IO口、RS485接口，所述的三轴加速度传感器通过A/D转换模块与微处理器建立数据传输连接，微处理器与A/D转换模块建立控制指令传输连接，所述的报警IO口为微处理器与外部的电梯控制系统建立数据传输连接，所述RS485接口为微处理器与外部的远程数据传输模块建立远程双向数据传输连接。
所述的电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于还包括基站复位开关，所述的基站复位开关与微处理器建立数据传输连接。
所述的电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于所述的报警IO口包括光耦U1、报警切换接头JSwitch、安全回路接入接头JSafe、常开继电器K1，光耦U1的驱动输入端与微处理器连接，光耦U1的隔离输出端与报警切换接头JSwitch的第二引脚连接，报警切换接头JSwitch的第一引脚与电梯主控制器之间建立信号传输连接，第三引脚与常开继电器K1连接，常开继电器K1的常开触点连接安全回路接入接头JSafe的第一引脚与第二引脚。
所述的电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于所述的常开继电器K1上并联二极管D1。
所述的电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于所述光耦U1的驱动输入端的正极经第一电阻R1与电压源VCC电路连接，光耦U1的隔离输出端的正极经第二电阻R2与电压源VCC电路连接。
所述的电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于所述的报警切换接头JSwitch的第一引脚与与电源地之间连接设置第三电阻R3。
上述的电梯轿厢振动在线监测报警器构思新颖，系统功能模块划分清晰、结构紧凑合理，能实时在线监测电梯轿厢运动时垂直方向和水平方向的振动和加加速度，当振动和加加速度超过允许值时，向电梯控制系统发出报警控制信号或者通过自动断开电梯安全回路进行报警，同时向远程监控平台发送报警信息，可适用于各类曳引或强制驱动电梯，对于发现电梯早期故障和防止电梯故障恶化具有重要作用。
附图说明
图1为本实用新型连接结构示意图；
图2为所述报警IO口的电路连接结构示意图；
图中：1－微处理器、2－RS485接口、3－报警IO口、4－A/D转换模块、5－三轴加速度传感器、6－基站复位开关、7－电梯控制系统、8－远程数据传输模块。
具体实施方式
现结合说明书附图，详细说明本实用新型的具体实施方式：
如图1所示，电梯轿厢振动在线监测报警器采用嵌入式系统架构，以微处理器1为核心，包括与其连接的三轴加速度传感器5、报警IO口3、RS485接口2、基站复位开关6；其中：三轴加速度传感器5通过A/D转换模块4与微处理器1建立数据传输连接，微处理器1与A/D转换模块4建立控制指令传输连接；报警IO口3为微处理器1与外部的电梯控制系统7建立数据传输连接，RS485接口2为微处理器1与外部的远程数据传输模块8建立远程双向数据传输连接，基站复位开关6与微处理器1建立数据传输连接用于系统清零复位；微处理器1实时计算并判断电梯轿厢运行振动加速度和加加速度，当振动加速度最大值、平均值或者加加速度最大值超过允许值时，通过报警IO口3和RS485接口2实施报警。
所述微处理器1以TMS320C6000系列DSP为核心，扩展FPGA模块，DSP通过EMIF接口与FPGA通讯，下达信号采集指令，读取缓存在FPGA的FIFO中的A/D转换结果，对信号做滤波等处理后，计算电梯运行振动和加加速度等性能参数；
所述三轴加速度传感器5采集电梯轿厢在X、Y、Z三个轴向方向的运行加速度，对加速度作微分处理，可以得到电梯运行加加速度，可由低成本、低功耗MEMS加速度传感器ICS 3022构成，ICS 3022加速度传感器可广泛应用于振动测量、模态分析等领域，传感器量程可高达±200g，频响可高达2000Hz；所述的A/D转换模块4用于实现三轴加速度传感器5所采集的三轴加速度模拟信号的数字化，三轴加速度模拟信号的数字转换与采集同步进行，转换精度和采样速率可以通过微处理器1配置，A/D转换结果暂存在FPGA的FIFO中供微处理器读取处理，信号采样和数据处理分别由FPGA和DSP完成，保证了整套系统的效率，为了给微处理器1提供足够精确的原始信号，采用高速、高精度A/D转换芯片CS5381，其转换精度高达24位，采样速率高达192kHz；
所述报警IO口3用于向外部的电梯控制系统7输出振动或者加加速度超出允许值的报警控制信号，电梯控制系统7指电梯主控制器或者电梯控制系统的电气安全回路，可从电梯轿厢振动在线监测报警器获取信号，实现相应的安全控制；报警IO口3既可以工作在有源方式作为信号源连接到电梯主控制器，也可以工作在无源方式直接并入电梯安全回路，实现电梯轿厢振动的在线监测和报警控制，实现就近平层和抱闸停梯等保护功能，报警IO口3的电路连接结构如图3所示，包括光耦U1、报警切换接头JSwitch、安全回路接入接头JSafe、常开继电器K1，光耦U1的驱动输入端的负极与微处理器1连接用于用于响应微处理器1拉低的报警控制信号MS，光耦U1的驱动输入端的正极经第一电阻R1与电压源VCC电路连接，光耦U1的隔离输出端的正极经第二电阻R2与电压源VCC电路连接，光耦U1的隔离输出端的负极与报警切换接头JSwitch的第二引脚连接向报警切换接头JSwitch传输报警信号，而报警切换接头JSwitch的第一引脚与电梯主控制器之间建立信号传输连接，第三引脚与常开继电器K1连接，常开继电器K1连接安全回路接入接头JSafe的第一引脚与第二引脚，有源报警模式和无源报警模式的切换通过调整报警切换接头JSwitch的跳线帽实现；当电梯振动超过允许范围时，微处理器1输出报警控制信号MS，将MS从高电平拉至低电平，光耦U1的驱动输入端的负极响应微处理器1拉低的报警控制信号MS，光耦U1的驱动输入端的发光二极管导通，当报警切换接头JSwitch的跳线帽连接其第一、第二引脚时，报警IO口3工作在有源模式，电压源VCC驱动第二电阻R2输出的报警信号SigAlarm连接到电梯控制系统7，供电梯主控制器使用；当报警切换接头JSwitch的跳线帽连接其第二、第三引脚时，报警IO口3工作在无源模式，电压源VCC经第二电阻R2驱动常开继电器K1，使常开继电器K1的常开触点断开，使连入电梯安全回路的安全回路接入接头JSafe的第一、第二引脚之间的连接断开，从而使电梯安全回路断开，达到报警的目的；所述报警IO口3的连接电路中，可在常开继电器K1上并联设置二极管D1用于释放继电器K1放开时的反向电动势，而在报警切换接头JSwitch的第一引脚与电源地之间设置第三电阻R3，用于保证报警信号SigAlarm的稳定性。
所述RS485接口2采用MAX485或者抗干扰能力更强的RS485串行总线芯片实现，通讯模块一方面通过TTL电平与微处理器1通讯，另一方面通过差分信号与外部的远程数据传输模块8通讯，建立本实用新型与远程监控平台的通讯连接实现远程报警；电梯轿厢振动在线监测报警器的报警门槛值即电梯轿厢振动最大允许值、平均允许值和加加速度最大允许值可以参照电梯领域国家标准要求、结合实际情况进行配置，参数存储在微处理器1的非易失存储器中，并可通过RS485接口2在本地或者远程监控平台刷新；所述远程数据传输模块8是RS485转GPRS通讯模块或者RS485转Ethernet模块等，实现电梯轿厢振动在线监测报警器的数据上网，建立与远程监控平台的双向数据连接；
所述的基站复位开关6用于三轴振动加速度信号测量计算的复位清零，将电梯位于基站位置时测得的电梯轿厢三轴加速度信号作为零位校准信号，同时复位所有的测量计算状态变量，重新启动三轴振动和加加速度的测量计算，以消除信号测量和数值计算累计误差的影响。
本实用新型的内置程序采用C语言开发，包括五个功能模块：初始化模块、报警判断及输出模块、通讯模块、加加速度计算模块、三轴振动测量模块，各功能模块的具体说明如下：
初始化模块用于实现软硬件资源和工作参数的初始化，包括实时时钟、A/D转换速率和精度、RS485接口通讯波特率、允许最大振动加速度和平均振动加速度、允许最大加加速度等；初始化后，软件进入监测报警循环。
报警判断及输出模块根据三轴振动测量模块和加加速度计算模块实时在线测量计算的电梯轿厢运行最大加、减速度和平均加、减速度，以及最大加加速度等电梯轿厢运行性能参数，若监测计算的振动、加加速度等运行性能参数超过设定的最大允许值，则控制报警输出IO口向电梯控制系统输出报警信号，并通过RS485通讯口向远程监测平台输出报警信息。
通讯模块用于实现串行总线通讯波特率等工作参数的初始化，接收来自远程监控平台的系统参数配置指令，向远程监控平台发送电梯轿厢振动性能超出允许值的报警信息。
加加速度计算模块根据三轴振动测量模块实时在线测得的电梯轿厢运动三轴振动加速度信号，采用数值微分方法，实时计算电梯轿厢运行时三轴方向的加加速度。
三轴振动测量模块启动软件定时器，周期性从A/D转换模块中读取数字化后的三轴振动加速度信号，判断电梯运行状态是加速阶段、减速阶段还是匀速阶段，并计算最大加、减速度和平均加、减速度，计算结果供报警判断及输出模块使用。
基于内置软件，本实用新型所述的电梯轿厢振动在线监测报警器的工作过程如下：
系统上电复位或者软件复位后开始初始化过程。程序读取存储在微处理器1自带的Flash存储器中的系统工作参数，包括振动和加加速度允许值等，配置A/D转换模块4的工作模式，初始化包括定时器、中断在内的硬件资源和程序变量，然后程序进入循环检测和报警过程；在每个循环中，微处理器1通过A/D转换模块4读取由三轴加速度传感器5检测到的电梯运行加速度信号，并进行数值微分计算和是否超出阈值判断；当检测到电梯运行加加速度或者振动超出允许值时，微处理器1输出报警控制信号MS，驱动报警IO口3，同时通过RS485接口2向远程数据传输模块8传输远程报警信号；当报警切换接头JSwitch的第二引脚与第一引脚连接时，报警IO口3接入到电梯控制系统7的主控制器，主控制器响应报警信号，当报警切换接头JSwitch的第二引脚与第三引脚连接时，报警IO口3直接切断电梯控制系统7的安全回路，安全回路断开触发电梯机电系统保护。
Claims (6)
1.电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于包括微处理器（1）、三轴加速度传感器（5）、报警IO口（3）、RS485接口（2），所述的三轴加速度传感器（5）通过A/D转换模块（4）与微处理器（1）建立数据传输连接，微处理器（1）与A/D转换模块（4）建立控制指令传输连接，所述的报警IO口（3）为微处理器（1）与外部的电梯控制系统（7）建立数据传输连接，所述RS485接口（2）为微处理器（1）与外部的远程数据传输模块（8）建立远程双向数据传输连接。
2.如权利要求1所述的电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于还包括基站复位开关（6），所述的基站复位开关（6）与微处理器（1）建立数据传输连接。
3.如权利要求1所述的电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于所述的报警IO口（3）包括光耦U1、报警切换接头JSwitch、安全回路接入接头JSafe、常开继电器K1，光耦U1的驱动输入端与微处理器（1）连接，光耦U1的隔离输出端与报警切换接头JSwitch的第二引脚连接，报警切换接头JSwitch的第一引脚与电梯主控制器之间建立信号传输连接，第三引脚与常开继电器K1连接，常开继电器K1的常开触点连接安全回路接入接头JSafe的第一引脚与第二引脚。
4.如权利要求3所述的电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于所述的常开继电器K1上并联二极管D1。
5.如权利要求3所述的电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于所述光耦U1的驱动输入端的正极经第一电阻R1与电压源VCC电路连接，光耦U1的隔离输出端的正极经第二电阻R2与电压源VCC电路连接。
6.如权利要求3所述的电梯轿厢振动在线监测报警器，其特征在于所述的报警切换接头JSwitch的第一引脚与与电源地之间连接设置第三电阻R3。
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