一种电梯安全智能监控及功率控制系统的制作方法

本发明涉及电梯控制管理领域，尤其涉及一种电梯安全智能监控及功率控制系统。

背景技术：

电梯对于一个高层楼宇来说，是一个不可或缺的设备，也是一个利用率极高的公众运输工具，至2012年底，全国电梯拥有量超过240万部，且呈现高增长态势，现实情况是有20％以上的电梯使用期限超过10年，超过30％的在用电梯故障频繁，或存在重大故障隐患；国家质检总局有关专家表示，随着电梯数量的激增，设备的逐步老化，以及我国电梯大客流、高负荷运转等特殊使用情况，电梯事故发生率可能持续增长；政府监管部门面对数量庞大的在用电梯，面对良莠不齐的维保工作，要高质量的完成监管工作，若没有可靠高效的信息工具和手段是不现实的，故政府监管部门需要一个监管系统来辅助其完成监管任务。

现有技术中对电梯运行安全进行监测通常采用如下技术手段：以电梯设备本身的各部件为对象，进行实际的物理性能检测，用其结果与部件标准参数进行比对，从而评定电梯是否安全，这需要专用检测设备和专业人员，且需要大量的检测时间。对于庞大数量的电梯，该种技术手段实施困难，同时也脱离了电梯运行的实际情况和众多环境因素，根据国家标准，电梯每年由政府监管部门进行定时安全检测，这项工作使得检测人员面临繁重的工作量，检测质量不易保证，且采用每年一次的安全检测，不能做到日常监测，对运行过程中出现的异常和安全隐患不能及时发现，容易造成监管失效的结果；同时由于不能获取准确的电梯实际运行信息，政府监管部门只能普遍实施监管行为，对电梯安全性差的电梯不能进行有重点和有针对性的监管工作，监管工作效率不能达到有效保障。

另外，随着现代化生产规模不断扩大和人们生活水平的不断提高，功率供需矛盾日益突出，节电呼声日益高涨，同时，国内外电梯厂商也开始关注电梯的节能问题。如将电梯驱动主机改为永磁同步电机等，也有极少部分的电梯加装了功率控制装置，但由于加装的功率控制装置控制算法不先进，产品质量不稳定，回收的功率对电网及其他用电设备产生较大干扰。

当电梯空载向上，重载向下，减速停梯时，电梯拖动电机处于发电状态，将有大量的机械能(势能和动能)通过电梯的拖动电机(曳引机)转换为工作功率，传统的变频调速电梯不仅不能回收利用此部分功率，相反将增加系统的负担。因为此部分功率聚集于变频系统的滤波电容器中。当电容电压升高到接近于电容的耐压值时，必须立即释放，否则将会使电容爆炸，为此传统的变频调速电梯系统必须设计出一套能耗装置来消耗此部分宝贵功率，此能耗装置是以简单发热的形式消耗功率的，所以当此装置工作时，将产生大量的热能，使电梯的机房温度大幅度提高，严重影响电梯控制系统的可靠性，稳定性，为此传统的变频调速电梯系统机房还需要加装大容量的空调机来对付能耗产生的大量热量，使电梯使用者的电费进一步攀升。

技术实现要素：

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的实施方式，提出一种电梯安全智能监控及功率控制系统，所述系统包括：

电梯运行参数获取单元，用于检测并获取电梯运行状态参数和运行环境参数；

电梯故障识别单元，连接电梯运行参数获取单元，用于根据所检测的电梯运行状态参数判断电梯是否发生故障或异常；

电梯安全预判单元，用于根据电梯实际运行状态参数测算出综合性健康系数，预测电梯的潜在故障；

电梯安全辅助单元，用于对电梯进行安全辅助；其包括多媒体警示单元、乘客识别单元、ptt对讲单元、应急照明单元、基于电磁效应的电梯门开关单元和应急电源；

功率控制单元，用于对电梯运行功率进行控制，其包括pwmdc-ac电源变换控制器，用于电梯电机的电流检测、电梯负载检测、向量控制、电梯电机转矩控制；pwmac-dc回收控制单元，用于电梯输入电源电流检测、输入电源相角检测、输入电压检测、向量控制、输入电源电流控制、功率因数控制。

根据本发明的优选实施方式，所述电梯安全预判单元包括：

第一存储器单元，连接电梯运行参数获取单元和电梯故障识别单元，用于存储电梯运行状态参数和运行环境参数、以及当电梯发生故障或异常时存储相应的故障状态和异常状态参数；

定时器单元，用于对系统定时；

定时判断单元，用于判断定时器单元的定时时间是否达到预设时间；

第一获取单元，连接第一存储器单元和定时判断单元，用于当定时器单元的定时时间达到预设时间时，结合存储的电梯故障状态和异常状态参数，获取预设时间内第i种故障状态发生的次数ai，以及预设时间内第j种异常状态发生的次数bj，其中i为正整数且1≤i≤n、j为正整数且1≤j≤m；

第二存储器单元，用于存储不同故障状态分别对应的加权系数、不同异常状态分别对应的加权系数、以及不同环境参数分别对应的特征值；

读取单元，连接第二存储器单元，用于读取第二存储器单元获知第i种故障状态对应的加权系数μi、第j种异常状态对应的加权系数θj，以及第h种环境参数对应的特征值ch，i为正整数且1≤i≤n、j为正整数且1≤j≤m、h为正整数且1≤h≤k、n为故障状态种类数、m为异常状态种类数、h为环境参数种类数；

健康系数计算单元，连接第一获取单元和读取单元，用于通过危险系数模型f＝σ[(μiai+θjbj)/ch]计算出危险系数f、以及利用公式s＝100-f得出健康系数s，其中f为危险系数、μi为第i种故障状态对应的加权系数、θj为第j种异常状态对应的加权系数、ai为预设时间内第i种故障状态发生的次数、bj为预设时间内第j种异常状态发生的次数、ch为预设时间内第h种环境参数对应的特征值、i为正整数且1≤i≤n、j为正整数且1≤j≤m、h为正整数且1≤h≤k、n为故障状态种类数、m为异常状态种类数、h为环境参数种类数；

第二获取单元，连接健康系数计算单元，用于根据电梯安全评价表和得出的健康系数s，获知相应的电梯安全等级、电梯安全状况信息和电梯管理建议信息；

显示单元，连接第二获取单元，用于显示电梯安全等级、电梯安全状况信息和电梯管理建议信息；

报警单元，连接电梯故障识别单元，用于根据电梯故障识别单元输出的电梯发生故障或异常的判断结果，执行电梯故障报警或异常报警的；所述报警单元还连接第二获取单元，用于当电梯安全等级低于一定等级时进行报警提示。

通过采用上述技术方案，本发明利用检测的电梯运行状态参数和运行环境参数，获取电梯一定时间内不同故障状态以及不同异常状态分别发生的次数，并通过危险系数模型得出电梯危险系数，进而得到电梯健康系数，从而获知电梯安全等级，能够进行报警提示，保障了电梯安全运行，避免了电梯事故带来的人员伤害；另外，通过功率控制装置将再生功率完美地回收给电网，节能效果相当明显，同时功率控制控制系统的输出电流功率因数近似于1，将电梯系统对电网的干扰降到最小。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的电梯安全智能监控及功率控制系统结构示意图；

附图2示出了根据本发明实施方式的电梯安全预判单元结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出一种电梯安全智能监控及功率控制系统，如图1所示，所述系统包括：

电梯运行参数获取单元，用于检测并获取电梯运行状态参数和运行环境参数；

电梯故障识别单元，连接电梯运行参数获取单元，用于根据所检测的电梯运行状态参数判断电梯是否发生故障或异常；

电梯安全预判单元，用于根据电梯实际运行状态参数测算出综合性健康系数，预测电梯的潜在故障；

电梯安全辅助单元，用于对电梯进行安全辅助；其包括多媒体警示单元、乘客识别单元、ptt对讲单元、应急照明单元、基于电磁效应的电梯门开关单元和应急电源；

功率控制单元，用于对电梯运行功率进行控制，其包括pwmdc-ac电源变换控制器，用于电梯电机的电流检测、电梯负载检测、向量控制、电梯电机转矩控制；pwmac-dc回收控制单元，用于电梯输入电源电流检测、输入电源相角检测、输入电压检测、向量控制、输入电源电流控制、功率因数控制。

根据本发明的优选实施方式，所述电梯安全预判单元包括，如附图2所示：

第一存储器单元，连接电梯运行参数获取单元和电梯故障识别单元，用于存储电梯运行状态参数和运行环境参数、以及当电梯发生故障或异常时存储相应的故障状态和异常状态参数；

定时器单元，用于对系统定时；

定时判断单元，用于判断定时器单元的定时时间是否达到预设时间；

第一获取单元，连接第一存储器单元和定时判断单元，用于当定时器单元的定时时间达到预设时间时，结合存储的电梯故障状态和异常状态参数，获取预设时间内第i种故障状态发生的次数ai，以及预设时间内第j种异常状态发生的次数bj，其中i为正整数且1≤i≤n、j为正整数且1≤j≤m；

第二存储器单元，用于存储不同故障状态分别对应的加权系数、不同异常状态分别对应的加权系数、以及不同环境参数分别对应的特征值；

读取单元，连接第二存储器单元，用于读取第二存储器单元获知第i种故障状态对应的加权系数μi、第j种异常状态对应的加权系数θj，以及第h种环境参数对应的特征值ch，i为正整数且1≤i≤n、j为正整数且1≤j≤m、h为正整数且1≤h≤k、n为故障状态种类数、m为异常状态种类数、h为环境参数种类数；

健康系数计算单元，连接第一获取单元和读取单元，用于通过危险系数模型f＝σ[(μiai+θjbj)/ch]计算出危险系数f、以及利用公式s＝100-f得出健康系数s，其中f为危险系数、μi为第i种故障状态对应的加权系数、θj为第j种异常状态对应的加权系数、ai为预设时间内第i种故障状态发生的次数、bj为预设时间内第j种异常状态发生的次数、ch为预设时间内第h种环境参数对应的特征值、i为正整数且1≤i≤n、j为正整数且1≤j≤m、h为正整数且1≤h≤k、n为故障状态种类数、m为异常状态种类数、h为环境参数种类数；

第二获取单元，连接健康系数计算单元，用于根据电梯安全评价表和得出的健康系数s，获知相应的电梯安全等级、电梯安全状况信息和电梯管理建议信息；

显示单元，连接第二获取单元，用于显示电梯安全等级、电梯安全状况信息和电梯管理建议信息；

报警单元，连接电梯故障识别单元，用于根据电梯故障识别单元输出的电梯发生故障或异常的判断结果，执行电梯故障报警或异常报警的；所述报警单元还连接第二获取单元，用于当电梯安全等级低于一定等级时进行报警提示。

影响电梯运行安全的因素很多，电梯实际运行状态和环境条件可以基本反映出其所处的安全状况；本发明通过危险系数模型，根据电梯实际运行状态测算出综合性健康系数，监测结果与电梯的实际运行情况和环境因素息息相关，监测结果准确有效，能够对电梯安全性进行定量计算，对电梯监管工作提供有效的支持，降低了电梯运行安全所带来的风险；另外当电梯发生故障或异常时，以及电梯安全等级低于一定等级时，系统能够进行报警提示，保障了电梯安全运行，避免了电梯事故带来的人员伤害；解决了现有技术的电梯运行安全监测手段采用每年一次的安全检测，不能做到日常监测，对运行过程中出现的异常和安全隐患不能及时发现，容易造成监管失效的问题。

电梯故障状态参数包括异常断电、困人、开门行梯、冲顶、蹲底、坠梯等故障对应的电梯运行状态参数，一般指出现电梯不能正常运行，或有严重的运行安全风险的问题发生。

电梯异常状态参数包括异常噪音、振动、非平层停梯、非人为重复开关门等异常对应的电梯运行状态参数，一般指电梯运行时出现的一些非正常现象，其持续或发展可能导致电梯出现严重问题或故障的发生，例如“非平层停梯”异常，即通过激光测距传感器检测电梯停梯时的位置以及与地平面的高度差，若该高度差的绝对值超过30mm，则确定发生了“非平层停梯”异常。

电梯运行环境参数包括梯龄、使用频度、负载、维保工作状况、井道温度、湿度等，一般指对电梯部件质量和整体性能有间接作用或直接影响的行为和作用。

检测电梯运行状态参数和运行环境参数的同时开始定时，并当定时时间达到预设时间时，获取该预设时间内不同故障状态分别发生的次数、以及不同异常状态分别发生的次数，实际应用时，电梯运行参数监测是个连续过程，即检测电梯运行状态参数，根据所检测的电梯运行状态参数判断电梯是否发生故障或异常、并当电梯发生故障或异常时执行电梯故障报警或异常报警的过程是持续进行的，但电梯的运行安全评测过程是以一个预设时间段的电梯运行情况为依据，比如预设时间可以取值30天或90天；

不同故障状态分别对应有各自的加权系数、不同异常状态分别对应有各自的加权系数、各环境参数分别对应有各自的特征值，所述特征值由专家根据不同故障状态、异常状态和环境参数给出并存入第二存储器单元中。

不同健康系数s对应有相应的电梯安全等级、电梯安全状况信息和电梯管理建议信息；当健康系数计算单元计算得出健康系数s之后，第二获取单元便能获知健康系数s所对应的电梯安全等级、电梯安全状况信息和电梯管理建议信息，当电梯安全等级低于一定等级例如ⅲ级时系统进行报警提示。

根据本发明的实施方式，所述电梯安全辅助单元的多媒体警示单元位于电梯轿厢内，可以显示电梯运行状态信息、故障信息报警、故障安抚文字和语音提示及多媒体广告播放，该媒体广告机显示实时时间、电梯运行方向、楼层信息、视频及广告信息、滚动播出文字信息字幕，电梯监控装置远程控制多媒体警示单元的开关机、黑屏检测和控制、声音的启停、视频及广告信息的调整、电梯故障安抚语言播放盒弹出及停电状态下启动应急电源延迟媒体机播放。

所述乘客识别单元、ptt对讲单元、应急照明单元位于电梯轿厢内顶部，乘客识别单元由热释电传感器的人体检测单元和微波传感器单元组成；ptt对讲单元由麦克连接电梯监控装置和多媒体警示单元；自动应急灯单元由led灯组分别连接光敏电阻单元、热释电传感器单元组成，该组件可以检测轿厢内有无乘客、故障通话、播放安抚语言、停电时应急灯自动开启。

所述基于电磁效应的电梯门开关单元置于电梯轿门两侧，其产生的脉冲信号与电梯监控装置连接，判断轿门的开闭状态，分别连接热释电传感器的人体检测单元和电梯监控装置，将轿厢内有无乘客、开闭轿门信号进行反馈。

所述应急电源置于轿厢顶部，电梯发生停电时启动应急电源，支持监控终端和多媒体警示单元工作，多媒体警示单元播放安抚文字和安抚语音，乘客与相关电梯厂商、维护单位和物业使用单位通过ptt对讲单元对讲报警，同时监控平台以短信方式再报警，政府安全保障管理部门的监控平台全时在线记录事件、存储数据、备份事件排除方式和时间。

根据本发明的优选实施方式，所述功率控制单元的pwmac-dc回收控制单元包括第一对比单元、第一pi计算单元、第二对比单元、第一克拉克变换单元、第一派克转换单元、第三对比单元、第二pi计算单元、第三pi计算单元、第一去耦合单元、第一派克dc-ac变换单元、第一矢量pwm计算单元、第一驱动电路、锁相环电路和第一积和单元，其中，所述第一对比单元一端连接pwm整流ipm单元的电压输出端，另一端连接第一pi计算单元；所述第一pi计算单元连接第二对比单元；所述第一克拉克变换单元连接三相输电线的r相和s相；所述第一克拉克变换单元连接第一派克转换单元，所述第一派克转换单元分别连接第二对比单元和第三对比单元；所述第二对比单元连接第二pi计算单元，所述第三对比单元连接第三pi计算单元；所述第二pi计算单元和第三pi计算单元连接第一去耦合单元，所述第一去耦合单元、第一派克dc-ac变换单元、第一矢量pwm计算单元和第一驱动电路依次连接；所述相序检测及锁相环电路一端连接三相输电线、另一端连接第一积和单元，所述第一积和单元连接第一派克转换单元和第一派克dc-ac变换单元。

所述pwmdc-ac电源变换控制器包括：第四对比单元、第四pi计算单元、第五对比单元、第二克拉克变换单元、第二派克转换单元、第六对比单元、第五pi计算单元、第六pi计算单元、第二去耦合单元、第二派克dc-ac变换单元、第二矢量pwm计算单元、第二驱动电路和第二积和单元，其中，所述第四对比单元一端连接驱动电机，另一端连接第四pi计算单元；所述第四pi计算单元连接第五对比单元；所述第二克拉克变换单元连接驱动电机的u相和v相；所述第二克拉克变换单元连接第二派克转换单元，所述第二派克转换单元分别连接第五对比单元和第六对比单元；所述第五对比单元连接第五pi计算单元，所述第六对比单元连接第六pi计算单元；所述第五pi计算单元和第六pi计算单元连接第二去耦合单元，所第二去耦合单元、第二派克dc-ac变换单元、第二矢量pwm计算单元和第二驱动电路依次连接；所述第二积和单元一端连接驱动电机，另一端连接第二派克转换单元和第二派克dc-ac变换单元。

通过功率控制装置将再生功率完美地回收给电网，节能效果相当明显，同时功率控制控制系统的输出电流功率因数近似于1，将电梯系统对电网的干扰降到最小。同时采用双pwm控制结构，集电梯控制、驱动与功率控制于一体，系统硬件采用32位armcpu和32位dspcpu以及fpga结构，可以实现一部节能高达50％的电梯控制系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。