本發(fā)明涉及電梯安全檢測領(lǐng)域,更具體地說,是涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隔離型電梯運行安全監(jiān)測系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù):
近幾年來,隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化、城鎮(zhèn)化的建設(shè)不斷深化,電梯使用量迅猛增長。作為一種直接關(guān)系到人民群眾生命安全的特種設(shè)備,電梯的安全運行受到廣泛關(guān)注。電梯的安全保障主要靠質(zhì)監(jiān)部門的定期檢驗和維保單位的定期維修保養(yǎng)。在目前電梯數(shù)量龐大、維護(hù)管理人手緊缺的狀態(tài)下,如何及時發(fā)現(xiàn)電梯故障并采取有效的措施加以處理,成為電梯監(jiān)管部門和維護(hù)保養(yǎng)單位關(guān)注的課題。多個城市的試點運行表明:電梯運行狀態(tài)監(jiān)測裝置為提高電梯運行安全做了有意義的探索,特別是在提高電梯在發(fā)生緊急狀況時的救援速度方面發(fā)揮了積極作用。因此,國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備安全監(jiān)督局在《2013年特種設(shè)備安全監(jiān)察與節(jié)能監(jiān)管工作要點》中要求“推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電梯、起重機(jī)等特種設(shè)備監(jiān)管工作中的應(yīng)用試點”和“開展安裝遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的電梯故障統(tǒng)計工作試點”??梢?,隨著電梯運行狀態(tài)監(jiān)測裝置在電梯監(jiān)管及電梯應(yīng)急救援方面發(fā)揮的作用日趨明顯,電梯運行狀態(tài)監(jiān)測裝置的市場需求正逐步打開,有著良好的市場需求前景。
目前,電梯運行狀態(tài)信息的獲取主要通過接口協(xié)議、采集電梯控制系統(tǒng)電信號和加裝傳感器三種方式,上述三種方式在實施過程中均受到多方面制約,如需要制造商開放接口協(xié)議,容易干擾原有電梯控制系統(tǒng),難以安裝且采集傳感信息不夠準(zhǔn)確等問題,一定程度上影響了電梯運行狀態(tài)監(jiān)測裝置監(jiān)測的準(zhǔn)確性,制約了相關(guān)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。因此,迫切需要研制一種電氣隔離型、易于安裝、適用性強(qiáng)和運行狀態(tài)識別率高的運行狀態(tài)監(jiān)測裝置。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
有鑒于此,有必要針對上述問題,提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隔離型電梯運行安全監(jiān)測系統(tǒng)和方法,采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能識別技術(shù)和光電傳感技術(shù)等技術(shù),通過研制隔離型電梯運行信號采集模塊,實時獲取電梯的運行速度、方向和所處樓層位置等參數(shù);實時監(jiān)測上述參數(shù)并經(jīng)智能識別獲得電梯運行狀態(tài),在發(fā)生故障時進(jìn)行報警,并為電梯安全評估提供支撐。
為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隔離型電梯運行安全監(jiān)測系統(tǒng),包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)異常決策模塊;
所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集電梯的運行狀態(tài)信息;
所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對采集到的信息進(jìn)行邏輯處理,經(jīng)過智能算法識別電梯的運行狀態(tài);
所述數(shù)據(jù)異常決策模塊用于在電梯出現(xiàn)故障的時候,進(jìn)行預(yù)警。
作為優(yōu)選的,還包括數(shù)據(jù)中心服務(wù)器,用于存儲并監(jiān)測電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。
作為優(yōu)選的,所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電流傳感器、報警檢測開關(guān)、激光測距儀和電阻分壓電路;
所述電流傳感器,用于檢測電梯運行過程中的實時電流信號;
所述報警檢測開關(guān)用于采集電梯轎廂是有人;
所述激光測距儀用于采集電梯正常運行、檢修運行、電梯運行速度異常等參數(shù)信息;
所述電阻分壓電路用于監(jiān)測電梯是否停電。
作為優(yōu)選的,所述智能算法包括電梯樓層查找算法和電梯狀態(tài)識別算法;
所述電梯樓層查找算法用于在電梯到達(dá)某一層后,快速查到此時電梯所到的樓層位置;
所述電梯狀態(tài)識別算法用于根據(jù)采集到的信息,計算出電梯轎廂運行的實際速度,并與其理論速度進(jìn)行匹配,從而獲取電梯所處的狀態(tài)。
作為優(yōu)選的,所述電梯樓層查找算法采用二分法算法,具體步驟如下:
設(shè)有x*∈(a,b),序列{xk}收斂于方程f(x),非線性方程f(x=0),其中,a、b分別為電梯的最低層和最高層的層數(shù),f(x)為[a,b]上的是離散的函數(shù),設(shè)ε>0為給定精度要求,則由|xk-x*|≦(b-a)/2k<ε得半分次數(shù)k>[㏑(b-a)-㏑ε]/㏑2;
記a1=a,b1=b;
第一步:k=1,計算x1=(a1+b1)/2及從測距儀中測出此時樓層距離頂部距離f(x),如果f(a1)<f(x)<f(x1)則根一定在[a1,x1]≡[a2,b2]內(nèi),否則根一定在區(qū)間[x1,b1]≡[a2,b2]內(nèi)(若f(x)=0,則x1=x*);于是到長度縮小一半的含根區(qū)間[a2,b2],即f(a2)<f(x)<f(b2),且b2-a2=1/2(b1-a1);
第k步分半計算:重復(fù)上述計算過程,設(shè)已完成第1步,…,第k-1步分半計算得到含根區(qū)間且滿足:
f(ak)<f(x)<f(bk),即x*∈[ak,bk];
bk-ak=1/(2k-1);
現(xiàn)進(jìn)行第k步分部計算:
計算xk=(ak+bk)/且有|xk-x*|≦(b-a)/2=1/2k(b-a);
確定新的含根區(qū)間[ak+1,bk+1],即如果f(ak)<f(x)<f(bk),則根一定在[ak+1,bk+1]=[ak,bk]內(nèi),否則根一定在區(qū)間[ak+1,bk+1]=[xk,bk],且有bk+1-ak+1=1/2k(b-a);
由上述二分法得到一序列{xk},即可得x*=limk→∞xk,這個值即為f(x)的實根,也就是電梯所在的樓層數(shù)。
作為優(yōu)選的,所述電梯狀態(tài)識別算法包括:
(1)對于電梯理論狀態(tài)的速度Wi(i=1,2,3···n),可以采用含有n個元素的向量Mi來表示:
Mi=[m1m2m3···mn-2mn-1mn] (1)
其中,元素mj為速度某點的幅值,且相鄰兩元素間的時間間隔Δt趨近相等。因此,對于要監(jiān)測的各個電梯狀態(tài)都有其獨有的特征向量Mi,可以作為輸入信號的匹配模板;
(2)實時監(jiān)測電梯轎廂到轎頂距離Yi(i=1,2,3···n),可以采用含有n個元素的向量Yi來表示:
Yi=[y1y2y3···yn-2yn-1yn] (2)
其中,元素yj為電梯轎廂到轎頂距離,yn為當(dāng)前采集到的最新距離值,y1為前第(n-1)Δt1時刻的距離值,相鄰兩采樣點的時間間隔Δt1相等且等于Δt;
③為了監(jiān)測電梯的運行速度,引入電梯距離變化率:
V=(yi+1–yi)/△t (3)
檢測電梯速度變化值,當(dāng)電梯運行速度大于理論速度時,判斷電梯運行速度異常,當(dāng)電梯運行速度在正常運行速度范圍的區(qū)間內(nèi)的時候,則判定電梯運行正常;當(dāng)電梯運行速度范圍的區(qū)間在檢修運行范圍區(qū)間內(nèi)的時候,則判定電梯檢修運行。
作為優(yōu)選的,所述數(shù)據(jù)異常決策模塊包括外置報警單元和網(wǎng)絡(luò)報警單元;
所述外置報警單元包括功率放大器和蜂鳴器;
所述網(wǎng)絡(luò)報警單元采用的是手機(jī)模塊的GPRS網(wǎng)絡(luò),當(dāng)裝置監(jiān)測到電梯異常的時候,會主動通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實時發(fā)送報警數(shù)據(jù)。
作為優(yōu)選的,還包括數(shù)據(jù)通信模塊,用于使數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)異常決策模塊間通訊連接,所述數(shù)據(jù)通信模塊包括短距離無線通訊單元、GPRS單元和WIFI單元。
作為優(yōu)選的,還包括數(shù)據(jù)中心服務(wù)器,用于存儲并監(jiān)測電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。
一種根據(jù)上述系統(tǒng)進(jìn)行電梯運行安全監(jiān)測的方法,包括以下步驟:
S1、初始化,發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令;
S2、傳感信息采集與計算,通過采集到的傳感信息,經(jīng)過智能算法識別電梯的實時運行狀態(tài);
S3、特征識別,通過對電梯實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的特征識別,判斷電梯運行的安全狀態(tài)信息,判斷電梯門的關(guān)與閉、正常運行、檢修運行、電梯運行速度異常等故障信息;
S4、告警與狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果在于:通過研制隔離型電梯運行信號采集模塊,實時獲取電梯的運行速度、方向和所處樓層位置等參數(shù);實時監(jiān)測上述參數(shù)并經(jīng)智能識別獲得電梯運行狀態(tài),在發(fā)生故障時進(jìn)行報警,并為電梯安全評估提供支撐。該裝置將實現(xiàn)電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集、狀態(tài)及故障智能識別和智能決策與告警等??勺R別:正常運行、檢修運行、停電、困人、速度異常5個狀態(tài)及故障。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能框圖;
圖2是本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1示出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隔離型電梯運行安全監(jiān)測系統(tǒng),包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)異常決策模塊;
所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集電梯的運行狀態(tài)信息;
所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對采集到的信息進(jìn)行邏輯處理,經(jīng)過智能算法識別電梯的運行狀態(tài);
所述數(shù)據(jù)異常決策模塊用于在電梯出現(xiàn)故障的時候,進(jìn)行預(yù)警。
還包括數(shù)據(jù)中心服務(wù)器,用于存儲并監(jiān)測電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。
在本實施例中,所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電流傳感器、報警檢測開關(guān)、激光測距儀和電阻分壓電路;數(shù)據(jù)處理模塊中設(shè)有中央處理器STM32,傳感信號經(jīng)RS485通訊和RS232通訊采集后送至中央處理器,由中央處理器STM32對傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、狀態(tài)識別、異常決策等等;
所述報警檢測開關(guān)用于采集電梯轎廂是否困人;電梯是否困人主要是檢測電梯轎廂中是否有人,這里的監(jiān)測除去攝像頭直觀的看實時影像外,比較好的選擇就是紅外線傳感器了。紅外線傳感器就是利用物體發(fā)出的紅外線來測量的一種傳感器。紅外線可以稱作為紅外光,它有吸收、反射、干涉、折射等性質(zhì)。在世界上存在的物體,比如數(shù)控設(shè)備、蒸汽機(jī)、人等等全都會射出紅外線,只是每個物體的波長因其物體的溫度而有差異而已。人的體溫大概在37度左右,所放射出9~10μm的遠(yuǎn)紅外線。紅外線傳感器能夠檢測出這個波段的紅外線,并且轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號,通過電信號到中央處理器STM32可以知道是否檢測到人的存在。
所述激光測距儀用于采集電梯正常運行、檢修運行、電梯運行速度異常等參數(shù)信息;激光測距儀,是利用激光對目標(biāo)的距離測定的一種儀器。激光測距儀的工作原理是,通過光學(xué)透鏡向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激光,由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束,通過里邊的高精度脈沖芯片計算激光來回的時間,從而計算出從觀測者到目標(biāo)的距離。激光測距儀的誤差僅為其它光學(xué)測距儀的五分之一到數(shù)百分之一。這里選用激光測距儀不僅可以測到距離,而且通過微分運算可以獲取電梯的實時速度。
所述電阻分壓電路用于監(jiān)測電梯是否停電。因為整套裝置是接駁電梯的電源,所以當(dāng)電梯停電的時候,裝置就沒電了,只能啟用備用電源了。那么這里就可以用電阻分壓電路來監(jiān)測,所謂的電阻分壓就是在電路串聯(lián)多一個電阻,但是不會影響電壓的變化。然后在兩個電阻之間接入一個測量點,用來檢測電梯的電源是否沒電了,如果沒電那就說明電梯停電了。
在本實施例中,還可進(jìn)行電梯制動性能遠(yuǎn)程自診,包括:獲得測距傳感模塊(即激光測距儀)與固定參照點之間的參考位置信息和曳引電機(jī)編碼器旋轉(zhuǎn)位置與電梯垂直運動距離之間的比例系數(shù)后,控制電梯勻速運行,當(dāng)電梯達(dá)到額定速度且接近制停預(yù)設(shè)位置時,制動電梯,同時電梯的制動過程中采集測距傳感模塊與固定參照點之間的實時距離以及曳引電機(jī)編碼器的實時旋轉(zhuǎn)位置,從而計算獲得電梯的制動性能參數(shù),進(jìn)而將獲得的制動性能參數(shù)與預(yù)設(shè)安全區(qū)間進(jìn)行對比判斷,對電梯的制動性能進(jìn)行自診斷。本方法無需進(jìn)行人為測量,就可自動測試獲得電梯的各種制動性能參數(shù)并對電梯制動性能進(jìn)行遠(yuǎn)程自診斷,自動化程度高,準(zhǔn)確度高且快速,可廣泛應(yīng)用于電梯制動性能的診斷領(lǐng)域中。
電流傳感器,用于檢測電梯運行過程中的實時電流信號;
作為優(yōu)選的,所述智能算法包括電梯樓層查找算法和電梯狀態(tài)識別算法;
所述電梯樓層查找算法用于在電梯到達(dá)某一層后,快速查到此時電梯所到的樓層位置;
所述電梯狀態(tài)識別算法用于根據(jù)采集到的信息,計算出電梯轎廂運行的實際速度,并與其理論速度進(jìn)行匹配,從而獲取電梯所處的狀態(tài)。
在本實施例中,所述電梯樓層查找算法采用二分法算法,首先對電梯每個樓層進(jìn)行標(biāo)定,這樣會建立一個數(shù)組,但是這個數(shù)組里邊的數(shù)字并不是有規(guī)律的,因為電梯每個樓層的間距并不是一層不變的,然后對這個數(shù)組進(jìn)行二分法查找,這樣就可以提高效率了,具體步驟如下:
設(shè)有有x*∈(a,b),序列{xk}收斂于方程f(x),非線性方程f(x=0),其中,a、b分別為電梯的最低層和最高層的層數(shù),f(x)為[a,b]上的是離散的函數(shù),設(shè)ε>0為給定精度要求,則由|xk-x*|≦(b-a)/2k<ε得半分次數(shù)k>[㏑(b-a)-㏑ε]/㏑2;
記a1=a,b1=b;
第一步:k=1,計算x1=(a1+b1)/2及從測距儀中測出此時樓層距離頂部距離f(x),如果f(a1)<f(x)<f(x1)則根一定在[a1,x1]≡[a2,b2]內(nèi),否則根一定在區(qū)間[x1,b1]≡[a2,b2]內(nèi)(若f(x)=0,則x1=x*);于是到長度縮小一半的含根區(qū)間[a2,b2],即f(a2)<f(x)<f(b2),且b2-a2=1/2(b1-a1);
第k步分半計算:重復(fù)上述計算過程,設(shè)已完成第1步,…,第k-1步分半計算得到含根區(qū)間且滿足:
f(ak)<f(x)<f(bk),即x*∈[ak,bk];
bk-ak=1/(2k-1);
現(xiàn)進(jìn)行第k步分部計算:
計算xk=(ak+bk)/且有|xk-x*|≦(b-a)/2=1/2k(b-a);
確定新的含根區(qū)間[ak+1,bk+1],即如果f(ak)<f(x)<f(bk),則根一定在[ak+1,bk+1]=[ak,bk]內(nèi),否則根一定在區(qū)間[ak+1,bk+1]=[xk,bk],且有bk+1-ak+1=1/2k(b-a);
由上述二分法得到一序列{xk},即可得x*=limk→∞xk,這個值即為f(x)的實根,也就是電梯所在的樓層數(shù)。
在本實施例中,根據(jù)基于激光測距儀采集的電梯到頂部之間的距離,進(jìn)行坐標(biāo)軸換算;將實時換算的結(jié)果,也就是轎廂運行速度與理論速度進(jìn)行匹配,從而可以獲取電梯所處狀態(tài),所述電梯狀態(tài)識別算法包括:
(1)對于電梯理論狀態(tài)的速度Wi(i=1,2,3···n),可以采用含有n個元素的向量Mi來表示:
Mi=[m1m2m3···mn-2mn-1mn] (1)
其中,元素mj為速度某點的幅值,且相鄰兩元素間的時間間隔Δt趨近相等。因此,對于要監(jiān)測的各個電梯狀態(tài)都有其獨有的特征向量Mi,可以作為輸入信號的匹配模板;
(2)實時監(jiān)測電梯轎廂到轎頂距離Yi(i=1,2,3···n),可以采用含有n個元素的向量Yi來表示:
Yi=[y1y2y3···yn-2yn-1yn] (2)
其中,元素yj為電梯轎廂到轎頂距離,yn為當(dāng)前采集到的最新距離值,y1為前第(n-1)Δt1時刻的距離值,相鄰兩采樣點的時間間隔Δt1相等且等于Δt;
③為了監(jiān)測電梯的運行速度,引入電梯距離變化率:
V=(yi+1–yi)/△t (3)
檢測電梯速度變化值,當(dāng)電梯運行速度大于理論速度時,判斷電梯運行速度異常,當(dāng)電梯運行速度在正常運行速度范圍的區(qū)間內(nèi)的時候,則判定電梯運行正常;當(dāng)電梯運行速度范圍的區(qū)間在檢修運行范圍區(qū)間內(nèi)的時候,則判定電梯檢修運行。
作為優(yōu)選的,所述數(shù)據(jù)異常決策模塊包括外置報警單元和網(wǎng)絡(luò)報警單元;
在本實施例中,所述外置報警單元包括功率放大器和蜂鳴器;通過中央處理器STM32外接功率放大模塊,然后再接蜂鳴器。當(dāng)出現(xiàn)裝置檢測到電梯出現(xiàn)故障的時候,無論網(wǎng)絡(luò)是否通暢,是否傳遞給服務(wù)器,都會第一時間響出警報。只有當(dāng)維保人員到場手動關(guān)閉裝置或者通過數(shù)據(jù)中心服務(wù)器遠(yuǎn)程關(guān)閉蜂鳴器的時候,才會把聲音關(guān)掉。這么做的目的是確保電梯出現(xiàn)故障引起周圍的人注意,可以第一時間告知他人電梯出現(xiàn)故障了。
所述網(wǎng)絡(luò)報警單元采用的是手機(jī)模塊的GPRS網(wǎng)絡(luò),當(dāng)裝置監(jiān)測到電梯異常的時候,會主動通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實時發(fā)送報警數(shù)據(jù)。
作為優(yōu)選的,還包括數(shù)據(jù)通信模塊,用于使數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)異常決策模塊間通訊連接,所述數(shù)據(jù)通信模塊包括短距離無線通訊單元、GPRS單元和WIFI單元。當(dāng)裝置監(jiān)測到電梯異常的時候,會主動通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實時給數(shù)據(jù)中心服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。只有當(dāng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后,才會返回給裝置一個信息,告知這個隔離型電梯運行安全智能監(jiān)測裝置服務(wù)器已經(jīng)收到信息。此時監(jiān)測裝置就會停止發(fā)送異常信息給服務(wù)器,并且關(guān)掉警報和及時派維保人員過去。在這里,監(jiān)測裝置平時只有當(dāng)服務(wù)器訪問的時候才會返回數(shù)據(jù),當(dāng)出現(xiàn)故障了就自動發(fā)送數(shù)據(jù)。這么做的目的就是為了節(jié)省流量了。
本實施例中還提供了一種根據(jù)上述系統(tǒng)進(jìn)行電梯運行安全監(jiān)測的方法,如圖2所示,包括以下步驟:
S1、初始化,發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令;
S2、傳感信息采集與計算,通過采集到的傳感信息,經(jīng)過智能算法識別電梯的實時運行狀態(tài);
S3、特征識別,通過對電梯實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的特征識別,判斷電梯運行的安全狀態(tài)信息,判斷電梯門的關(guān)與閉、正常運行、檢修運行、電梯運行速度異常等故障信息;
S4、告警與狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲。
電梯門是否故障的方法為:控制電梯門機(jī)完成若干次開門-關(guān)門動作,同時采用電流傳感器采集電梯門機(jī)的實時電流信號,進(jìn)而獲得電梯門機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)運行參數(shù);采用電流傳感器采集電梯門機(jī)的實時電流信號;判斷采集的實時電流信號中是否出現(xiàn)極大值,若是,則獲取該極大值出現(xiàn)的時刻作為電梯門機(jī)的執(zhí)行動作的開始時刻;根據(jù)采集的實時電流信號,計算獲得電梯門機(jī)的實時運行參數(shù),進(jìn)而結(jié)合獲得的電梯門機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)運行參數(shù),判斷電梯門機(jī)是否發(fā)生故障,若是,則繼續(xù)執(zhí)行;進(jìn)行故障告警并輸出顯示對應(yīng)的故障類型。本方法實現(xiàn)方式簡單,可操作性強(qiáng),準(zhǔn)確度高且快速,可廣泛應(yīng)用于電梯門系統(tǒng)的安全檢測領(lǐng)域中。
以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式,其描述較為具體和詳細(xì),但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進(jìn),這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此,本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。