电梯平衡系数检测装置及其方法与流程

本发明涉及电梯检测领域，具体涉及一种电梯平衡系数检测装置及其方法。

背景技术：

电梯平衡系数是曳引驱动式电梯的一个重要指标，目前检测电梯平衡系数的方法一是当轿厢和对重在同一位置时通过空载测试轿厢和对重钢丝绳的张力来推算出两者重量，利用二者的重量差和额定载荷的关系来计算平衡系数，这种方法快捷简便，但是受钢丝绳自身影响较大，并且受导轨摩擦力影响也较大，精度较低，并且人站在轿厢顶部测试，会造成测量人员的人身危险问题。

检测电梯平衡系数的方法二是根据tsg7001-2009《电梯监督检验与定期检验规则-曳引与强制驱动电梯》中：轿厢分别装载额定载荷量30%，40%，45%，50%，60%作上行、下行全程运行，当轿厢和对重达到同一位置时，记录当前电机的电流值，人工绘制电流负荷曲线，绘制上行下行运行的曲线交点，通过曲线的交点得出重量/额定载荷就是平衡系数值。这种方法优点是技术成熟，缺点是需要测量人员有较强的专业素质及现场的实际经验，而且测量中间搬运砝码环节比较多，比较麻烦，耗时间又耗人力，当误电梯使用时间。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足问题，提供一种电梯平衡系数检测装置及其方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：电梯平衡系数检测装置，包括测距仪、测速装置、测量主机、两个钳形电流表，所述测距仪的测量点位于电梯轿厢下表面，所述测速装置设置在曳引机钢丝绳处，两个所述钳形电流表与曳引机三相线的其中两相线连接，所述测速装置、钳形电流表、曳引机三相线均与测量主机连通，所述测量主机与手持控制端连通。

所述测速装置包括测速轮、测速传感器，所述测速传感器与测速轮连接，所述测速轮测速时紧靠在曳引机钢丝绳上，所述测量主机包括安装在主机壳体内的数据采集电路、数据处理电路、锂电池，以及安装在主机壳体上的显示屏，所述数据采集电路与数据处理电路连通，所述锂电池、显示屏均与数据处理电路连通，所述测速传感器、曳引机三相线、钳形电流表均与数据采集电路连通，所述数据采集电路与手持控制端连通。

所述主机壳体上安装有与数据采集电路连通的三个电压采集接口、两个电流采集接口、一个速度采集接口，所述三个电压采集接口分别与曳引机三相线连接，所述两个电流采集接口分别与两个钳形电流表连接，所述速度采集接口与测速传感器连接。

所述测速装置还包括万向节、磁铁，所述测速传感器安装在测速外壳上，所述万向节一端与测速外壳连接，另一端与磁铁连接，所述磁铁吸附在曳引机铁支架上。

所述数据采集电路连有无线数据发射模块，所述数据采集电路通过无线数据发射模块与手持控制端的无线数据接收模块连通。

所述测距仪包括测距传感器、摄像头、测距电路板、测距电池，所述测距传感器、摄像头安装在测距仪壳体上，所述测距电路板、测距电池安装在测距仪壳体内，所述测距传感器、摄像头、测距电池均与测距电路板连通，所述测距电路板与安装在测距仪壳体上的测距显示屏连接。

所述测距仪包括测距传感器、摄像头、测距电路板、测距电池，所述测距传感器、摄像头安装在测距仪壳体上，所述测距电路板、测距电池安装在测距仪壳体内，所述测距传感器、摄像头、测距电池均与测距电路板连通，所述测距电路板与手持控制端连接。

电梯平衡系数检测方法，包括以下步骤：

a、将电梯轿厢停在顶层，测量电梯轿厢下表面高度l1；

b、开启电梯轿厢，从顶层行至底层，测量电梯轿厢下行电流a1、a2和下行电压v1、v2、v3以及电梯实时运行加速度a1及下行速度vd，测量电梯轿厢下表面高度l2；

c、计算下行行程ld=l1-l2；

d、开启电梯轿厢，从底层行至顶层，测量电梯轿厢下行电流a3、a4和下行电压v4、v5、v6以及电梯实时运行加速度a2及下行速度vu，测量电梯轿厢下表面高度l3；

e、计算上行行程lu=l3-l2；

f、采用“参数辨识法”计算平衡系数k：

首先分别建立下行和上行的运动模型如公式(4)和公式(5)所示，

其中nd为电梯下行电机输入功率，ηd为电梯下行的电机效率乘以机械总效率，vd为电梯下行速度；nu为电梯上行电机输入功率的发电功率，ηu为电梯上行的电机发电效率乘以机械总效率，vu为电梯上行速度，g为重力加速度，q为电梯额定载荷，k为平衡系数，,，可以假定ηd=ηu=η，通过公式(4)和公式(5)可得公式(6)，

对于公式(4)和公式(5)分别采用系统辨识法可以得到kd和ku，利用公式(6)可以计算得到η，有了kd、ku和η，既可以计算出平衡系数k。

电梯平衡系数检测方法，包括以下步骤：

a、将电梯轿厢停在顶层，测量电梯轿厢下表面高度l1；

b、开启电梯轿厢，从顶层行至底层，测量电梯轿厢下行电流a1、a2和下行电压v1、v2、v3以及电梯实时运行加速度a1及下行速度vd，测量电梯轿厢下表面高度l2；

c、计算下行行程ld=l1-l2；

d、开启电梯轿厢，从底层行至顶层，测量电梯轿厢下行电流a3、a4和下行电压v4、v5、v6以及电梯实时运行加速度a2及下行速度vu，测量电梯轿厢下表面高度l3；

e、计算上行行程lu=l3-l2；

f、采用能耗平衡法”计算平衡系数k：

对于电梯下行消耗的总能耗转换为对重端的势能，对于电梯上行对重端的势能转换为电能，因此可得公式(8)和公式(9)，

其中pd为电梯下行总功耗，pu为电梯上行总发电量，ld为电梯下行行程，lu为电梯上行行程，η为效率，g为重力加速度，q为电梯额定载荷，k为平衡系数，基于公式(8)和公式(9)可得公式(10)，

基于公式(8)公式(9)和公式(10)，由于电梯通过下行，然后电梯上行回到顶层，机械势能增加为0，而消耗的电能和发电的电能之差即为损耗，假定电梯上行和电梯下行的损耗是一样的，则可以得到公式(11)，

由于pu为电梯上行总发电量已知，基于公式(11)和公式(10)可以计算得出pd，基于公式(8)及公式(9)，由于pd，pu，ld，lu，g，q均为已知，既可以计算出平衡系数k。

本发明的特点是：利用实际测量电机功率，总能耗效率，加速度，速度，行程，传动阻力和额定载荷、重力加速度、钢丝绳绕法之间的关系精确测量得出电梯平衡系数数据，带有可视型摄像头全程监控测量距离，简单易操作，智能检测，最后得到有机房和无机房电梯平衡系数的数据结果，避免了人为测量读数误差影响，提高了测量精度，使检测效率更加提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的测距仪示意图。

图3是本发明的测量主机示意图。

图4是本发明的测速装置示意图。

图5是本发明的钳形电流表示意图。

图6是本发明的手持控制端示意图。

图7是本发明的电路示意图。

其中：1、测距仪101、测距仪传感器102、摄像头103、测距仪壳体104、测距电路板105、测距电池106、测距显示屏2、测量主机201、主机壳体202、开关203、电压采集接口204、电流采集接口205、速度采集接口206、锂电池充电口207、usb接口208、显示屏209、数据采集电路210、数据处理电路211、无线数据发射模块212、锂电池3、测速装置301、测速轮302、测速传感器303、采集线接口s304、测速外壳305、万向节306、磁铁4、钳形电流表401、塑料外壳402、电流互感器403、采集线接口a404、电流数据采集电路405、弹簧501、红色电压采集线502、黄色电压采集线503、绿色电压采集线504、红色电流采集线505、黄色电流采集线506、速度采集线6、曳引机7、曳引机钢丝绳8、电梯轿厢9、曳引机铁支架10、曳引机三相线输入箱11、曳引机三相线12、手持控制端1201、无线数据接收模块。

具体实施方式

如图1-7所示，本发明为电梯平衡系数检测装置，包括测距仪1、测速装置3、测量主机2、手持控制端12以及两个钳形电流表4。

所述测距仪1为可视测距仪，包括测距传感器101、摄像头102、测距电路板104、测距电池105，所述测距传感器101、摄像头102安装在测距仪壳体103上，所述测距电路板104、测距电池105安装在测距仪壳体103内，所述测距传感器101、摄像头102、测距电池105均与测距电路板104连通，通过摄像头102观察测距传感器101出光的位置，保证测量点在电梯轿厢8的下表面上，所述测距电路板104与安装在测距仪壳体103上的测距显示屏106连接或与手持控制端12无线信号连接，测距传感器101将测得的数据传送至测距电路板104，测距电路板104处理后通过测距显示屏106或手持控制端12将距离值显示。

所述测速装置3包括测速轮301、测速传感器302、万向节305、磁铁306，所述测速传感器302与测速轮301连接，所述测速轮301测速时紧靠在曳引机钢丝绳7上，所述测速传感器302安装在测速外壳304上并与测速外壳304上的采集线接口s303连接，所述万向节305一端与测速外壳304连接，另一端与磁铁306连接，所述磁铁306吸附在曳引机铁支架9上。

所述钳形电流表4包括设置成钳形的电流互感器402，电流互感器402上套有塑料外壳401，电流互感器402上安装有可伸缩回位的弹簧405，电流互感器402与塑料外壳401内的电流数据采集电路404连接，所述电流数据采集电路404与塑料外壳401上的采集线接口a403连接。

所述测量主机2包括安装在主机壳体201内的数据采集电路209、数据处理电路210、锂电池212，以及安装在主机壳体201上的显示屏208，所述数据采集电路209与数据处理电路210连通，所述锂电池212与主机壳体201上的锂电池充电口206、开关202连接，所述锂电池212、显示屏208均与数据处理电路210连通，主机壳体201上的usb接口207与数据处理电路210连接，所述主机壳体201上安装有与数据采集电路209连通的三个电压采集接口203、两个电流采集接口204、一个速度采集接口205，电压采集接口203通过电压采集线与曳引机三相线输入箱10内的曳引机三相线11连接，所述电流采集接口204通过电流采集线与钳形电流表4的采集线接口a403连接，所述速度采集接口205通过速度采集线与测速装置3的采集线接口s303连接，所述数据采集电路209连有无线数据发射模块211，所述数据采集电路209通过无线数据发射模块211与手持控制端12的无线数据接收模块1201连通，所述手持控制端12可为计算机或手机或平板电脑。

本发明的电梯平衡系数检测方法：工作时，无论针对有机房还是无机房，首先测试地点在电梯有机房或无机房内测试，测试时保证电梯轿厢8内空载无人且电梯轿厢8停在最顶层，然后电控柜人工使电源断电，使三根电压采集线（红色电压采集线501，黄色电压采集线502，绿色电压采集线503）、两根电流采集线（红色电流采集线504，黄色电流采集线505）一端分别连接测量主机2的三个电压采集接口203、两个电流采集接口204上，三根电压采集线（红色电压采集线501，黄色电压采集线502，绿色电压采集线503）另一端分别接在曳引机三相线输入箱10内的曳引机三相线11三个端子上，两根电流采集线（红色电流采集线504，黄色电流采集线505）另一端分别和两个钳形电流表4的采集线接口a403连接，人工用手用力按住其中一个钳形电流表4（标记颜色为红色）的塑料外壳401，内部可伸缩回位的弹簧405可使电流互感器402的两个c型钳口张开，然后圈在曳引机三相线11对应红色电压采集线501的线上并松开，此时两个c型钳口会合紧在一起，同样方法使另外一个钳形电流表4（标记颜色为黄色）的电流互感器402的两个c型钳口圈在曳引机三相线11的对应黄色电压采集线502的线上，从测量主机2箱内拿出测速装置3，速度采集线506一端与测速装置3的采集线接口s303连接，另一端与测量主机2的速度采集接口205连接，也可使测量主机2和测速装置3通过无线方式进行连通，然后使测速装置3的磁铁306吸附在曳引机钢丝绳7附近的曳引机铁支架9上，通过调整万向节305使测速轮301紧靠在曳引机钢丝绳7上，测量主机2位置可放在曳引机6顶端或曳引机附近的任意位置，手动开机使测距仪1贴在井道最底端上，通过调整测距仪1的摄像头102观察测距传感器101出光的位置，保证测量点在电梯轿厢8的下表面上，得出距离l1值，拿出手持控制端12位置放在最顶层楼的电梯轿厢8轿厢门外，此时准备进入测量阶段，电控柜人工打开电源开关，同时开启测量主机2的开关202，手动输入电梯额定载荷q值，选定所测曳引机6驱动是蜗轮蜗杆型或是永磁同步型，输入电梯额定速度s，最后输入钢丝绳绕法w值后，下一步开启电梯轿厢8工作从最顶层到最底层，此时三根电压采集线（红色电压采集线501，黄色电压采集线502，绿色电压采集线503）和两根电流采集线（红色电流采集线504，黄色电流采集线505）整个过程中实时采集曳引机三相线11的电压v1，v2，v3和电流a1，a2，并将实时信号数据发送到测量主机2的数据采集电路209中，同时由于电梯轿厢8工作，曳引机6会带动曳引机钢丝绳7运动，测速装置3的测速轮301由于紧靠在曳引机钢丝绳7上会跟着旋转，测速传感器302会将实时运行加速度a1及电梯下行速度vd的信号传输到测量主机2的数据采集电路209中，通过整理计算，最后通过数据处理电路210将数据发送到显示屏208上，也同样通过无线数据发射模块211实现和手持控制端12的无线数据接收模块1201无线信号连通，将数据发送到手持控制端12，也可通过usb接口207将测量过程数据结果拷出，在电梯轿厢8运行到最底端时，通过调整测距仪1的摄像头102观察测距传感器101出光的位置，保证测量点在电梯轿厢8的下表面上，得出距离l2值，在手持控制端12的专用测量软件上输入下行l1和l2值，l1-l2差值即为下行行程ld，接下来再次开启电梯轿厢8工作从最底层到最顶层，此时三根电压采集线（红色电压采集线501，黄色电压采集线502，绿色电压采集线503）和两根电流采集线（红色电流采集线504，黄色电流采集线505）整个过程中实时采集曳引机三相线11的电压v4，v5，v6和电流a3，a4，并将实时信号数据发送到测量主机2的数据采集电路209中，同时由于电梯轿厢8工作，曳引机6会带动曳引机钢丝绳7运动，测速装置3的测速轮301由于紧靠在曳引机钢丝绳7上会跟着旋转，测速传感器302会将实时运行加速度a2及电梯上行速度vu的信号传输到测量主机2的数据采集电路209中，通过整理计算，最后通过数据处理电路210将数据发送到显示屏208上，也同样通过无线数据发射模块211实现和手持控制端12的无线数据接收模块1201无线信号连通，将数据发送到手持控制端12，也可通过usb接口207将测量过程数据结果拷出，在电梯轿厢8运行到最顶端时，再次通过测距仪1的摄像头102观察测距传感器101出光位置是否在测量点在电梯轿厢8的下表面上，得出距离l3值，在手持控制端12的专用测量软件上输入上行l3和l2值，l3-l2差值即为上行行程lu，通过手持控制端12的专用测量软件上公式算法运算整理下行电流a1，a2，下行电压v1，v2，v3和上行电流a3，a4，上行电压v4，v5，v6得出电机输入功率(变频器输出功率)下行和上行输出功率nd和nu，通过下行加速度a1及电梯下行速度vd和下行行程ld值做比较，通过上行加速度a2及电梯上行速度vu和上行行程lu值做比较，电梯平衡系数k值计算如下：

传统基于能量守恒原理建立电梯下行功率与速度的运动学模型如公式(1)所示：

其中n为电机输入功率(变频器输出功率)；v为电梯运行速度；η为效率，是电机效率和机械总效率之积，资料显示电机效率一般在80%到90%之间机械总效率一般也在80%到90%之间，因此η在64%到81%之间；q为电梯额定载荷；g为重力加速度。

延迟检测算法采用误差最小二乘法，选取误差最小的偏移值，如公式(2)所示。

其中offset为延迟值，现在数据采集的时间间隔为250ms，offset等于1，表示延迟250ms，n为一次上行或下行采集的数据个数。

计算时依据公式(2)，offset从0到20逐个计算e，最小的e值对应的offset即为延迟值，经过时延消除，功率曲线和速度曲线的变化基本是同步的。

平衡系数的计算的前提是需要建立电梯的运动学模型，一个较为精确的电梯下行运动学模型如公式(3)所示。

采用“参数辨识法”计算平衡系数k：

首先分别建立下行和上行的运动模型如公式(4)和公式(5)所示。

其中nd为电梯下行电机输入功率(变频器输出功率)，ηd为电梯下行的电机效率乘以机械总效率，vd为电梯下行速度；nu为电梯上行电机输入功率(变频器输出功率)的发电功率，ηu为电梯上行的电机发电效率乘以机械总效率，vu为电梯上行速度，g为重力加速度，q为电梯额定载荷，k为平衡系数，,，可以假定ηd=ηu=η，通过公式(4)和公式(5)可得公式(6)。

对于公式(4)和公式(5)分别采用系统辨识法可以得到kd和ku，利用公式(6)可以计算得到η，有了kd、ku和η，既可以计算出平衡系数k。

采用“能耗平衡法”计算平衡系数k：

对于电梯下行消耗的总能耗转换为对重端的势能，对于电梯上行对重端的势能转换为电能(电动机发电)，因此可得公式(8)和公式(9)。

其中pd为电梯下行总功耗，pu为电梯上行总发电量，ld为电梯下行行程，lu为电梯上行行程，η为效率，g为重力加速度，q为电梯额定载荷，k为平衡系数，基于公式(8)和公式(9)可得公式(10)。

基于公式(8)公式(9)和公式(10)，由于电梯通过下行，然后电梯上行回到顶层，机械势能增加为0，而消耗的电能和发电的电能之差即为损耗，假定电梯上行和电梯下行的损耗是一样的，则可以得到公式(11)。

由于pu为电梯上行总发电量已知，基于公式(11)和公式(10)可以计算得出pd，基于公式(8)及公式(9)，由于pd，pu，ld，lu，g，q均为已知，既可以计算出平衡系数k。

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披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。