一种电梯轿厢运行状态识别系统及其识别方法与流程

本发明涉及一种电梯辅助设备，具体是一种电梯轿厢运行状态识别系统及其识别方法。

背景技术：

电梯在运行过程中，对电梯的运行状态进行实时监控是保证电梯安全运行的一种重要技术手段之一，这需要能够及时获得电梯轿厢的运行信息、运行方向、位置信息、轿厢运行速度等，然后将这些信息发往控制中心（控制中心包括配套的控制中心或远程的集中式控制中心）进行集中控制管理和监控；特别对电梯安全运行提出严格要求的地区，需要对电梯的运行状态实施监控管理，这就需及时、可靠地获取电梯的运行信息。

目前电梯中，常见的楼层信号显示和方向信号显示包括七段码显示、点阵显示、液晶显示等，这些信息在电梯控制系统内以rs485或canbus进行控制，并在相应的楼层和轿厢显示；在获取轿厢运行状态信息时，通常是采用各种技术手段与电梯控制器连接，并将轿厢运行状态信息读取和采集；但由于市面上存在不同型号、种类的电梯，而不同的电梯使用的通讯协议往往有所差别，因此从不同型号电梯的电梯控制器中读出电梯运行状态信息就必须知道相关型号电梯的通讯协议、电梯参数等，这给读取信息带来了困难，导致用户难以顺利地为电梯远程监控管理提供所需与电梯运行状态信息相关的标准通讯数据；另外，直接从电梯控制器中读取电梯运行状态信息就意味要依赖电梯控制器的状态，当电梯控制器出现故障时，就不能够继续提供可靠的电梯运行状态信息。可见，目前市场上还没有一种简单可靠的装置能够对不同型号电梯的运行状态信息进行采集并识别。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种电梯轿厢运行状态识别系统及其识别方法，本发明能有效采集电梯轿厢运行状态信息并识别相关运行状态，且可通用于不同型号的电梯。

本发明的目的是这样实现的：

一种电梯轿厢运行状态识别系统，其特征在于：包括：

曳引绳传感器，通过监测电梯曳引绳的运行状态进而采集轿厢运行数据，轿厢运行数据包括轿厢的运行行程和/或运行速度；所述曳引绳传感器包括定滑轮和转轴；所述定滑轮绕转轴在电梯曳引绳上滚动，定滑轮的滚动行程与轿厢的运行行程相等或接近，定滑轮的滚动速度与轿厢的运行速度相等或接近；所述转轴上设有至少采集定滑轮滚动行程和滚动速度的滚动监测单元；

运行状态识别控制单元，与所述曳引绳传感器连接，以接收所述曳引绳传感器采集的轿厢运行数据并进行处理分析；所述运行状态识别控制单元包括用于对轿厢运行数据进行监测分析运算的中央主控模块、用于储存相关数据的储存器、以及用于实现数据传输的网络通讯模块；所述滚动监测单元连接中央主控模块，以将轿厢运行数据传送至中央主控模块；所述中央主控模块分别连接网络通讯模块和储存器；所述中央主控模块通过网络通讯模块与外界上位机进行数据传输。

所述中央主控模块为可编程逻辑控制器；所述储存器至少用于存储电梯基本参数、以及轿厢运行数据对应的检测分析运算结果。

所述外界上位机包括楼宇控制中心和远程监控中心。

一种电梯轿厢运行状态识别方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤①，中央主控模块初始化，记录正常运行状态下轿厢的下端站位置hmin和/或楼层高度△h和/或楼层层数call和/或轿厢的上端站位置hmax和/或轿厢正常运行的加速度曲线值a1和/或轿厢正常运行的减速度曲线值a2和/或轿厢正常运行的额定速度值v1；

步骤②，电梯投入作业，根据定滑轮的滚动行程识别轿厢所在位置；和/或，根据定滑轮的滚动加速度和/或滚动减速度和/或滚动匀速度识别轿厢是否在正常运行状态。

所述下端站位置hmin为轿厢可运行范围内最低层楼层的位置，运行状态识别控制单元记录轿厢处于下端站位置hmin时位置值为0；

所述上端站位置hmax为轿厢可运行范围内最高层楼层的位置，运行状态识别控制单元记录轿厢处于上端站位置hmax时位置值为最高；

所述楼层高度△h的初始化：正常运行状态下控制轿厢停靠于每楼层，每停靠一次楼层运行状态识别控制单元记录定滑轮相应的滚动行程并通过叠加方式获得相应的楼层高度△h数据，同时记录相应的楼层数；

所述楼层层数call的初始化：正常运行状态下以每楼层停靠的方式控制轿厢从下端站位置hmin上行至上端站位置hmax，运行状态识别控制单元记录轿厢的停靠次数为楼层层数call；

所述加速度曲线值a1的初始化：正常运行状态下控制轿厢运行间隔一层以上楼层后停靠，运行状态识别控制单元记录此过程中定滑轮的滚动加速度为轿厢的加速度曲线值a1；

所述减速度曲线值a2的初始化：正常运行状态下控制轿厢运行间隔一层以上楼层后停靠，运行状态识别控制单元记录此过程中定滑轮的滚动减速度为轿厢的减速度曲线值a2；

所述额定速度值v1的初始化：正常运行状态下控制轿厢运行间隔一层以上楼层后停靠，运行状态识别控制单元记录此过程中定滑轮的滚动匀速度为轿厢的额定速度值v1。

识别轿厢所在位置：标记轿厢运行前所在的楼层数，轿厢正常停止运行，定滑轮随电梯曳引绳滚动，运行状态识别控制单元记录定滑轮从开始滚动到停止滚动过程中滚动的行程为轿厢的运行行程，将轿厢的运行行程与相应的楼层高度△h比较计算，从而识别轿厢运行后所在的楼层数。

识别轿厢所在位置：标记轿厢运行前所在的楼层数，轿厢异常停止运行，定滑轮随电梯曳引绳滚动，运行状态识别控制单元记录定滑轮从开始滚动到停止滚动过程中滚动的行程为轿厢的运行行程，根据运行行程与相应的楼层高度△h比较计算得到高度余值m，同时以楼层高度△h的1/2为开门基准值l1，当m＞l1时、判定轿厢异常停止在非开门区域，当l2≤m≤l1时、判断轿厢异常停止在开门区域；当轿厢所在位置低于下端站位置hmin时，判定轿厢蹲底，当轿厢所在位置高于上端站位置hmax时，判定轿厢冲顶。

识别轿厢是否在正常运行状态：

定滑轮的滚动速度从0经过设定的加速时间t1提升至设定的滚动匀速度，定滑轮保持滚动匀速度滚动，而后定滑轮的滚动速度从滚动匀速度经过设定的减速时间t2下降至0，判定轿厢在正常运行状态；

定滑轮的滚动速度从0提升至设定的滚动匀速度所需的时间与设定的加速时间t1有偏差，和/或定滑轮的滚动速度从设定的滚动匀速度下降至0所需的时间与设定的减速时间t2有偏差，则判定轿厢在异常状态下运行。

识别轿厢是否在正常运行状态：

当定滑轮的滚动速度超过滚动匀速度的5%-15%时，判定为轿厢超速运行；

当定滑轮的滚动加速度与加速度曲线值a1偏差5%-15%、和/或滚动减速度与减速度曲线值a2偏差5%-15%时，判定为轿厢溜车运行。

步骤①中，中央主控模块初始化要记录的数据还包括轿厢在检修运行状态下和/或紧急电动运行状态下运行所设定的维保运行速度v2；步骤②中，当定滑轮的滚动速度与维保运行速度v2相等或接近时，判定电梯处于检修运行状态或紧急电动运行状态。

本发明的有益效果如下：

本电梯轿厢运行状态识别系统通过电梯曳引绳带动曳引绳传感器器中的定滑轮旋转，配合运行状态识别控制单元对轿厢运行数据的处理分析等作用，从而有效获取电梯轿厢的运行状态信息；本电梯轿厢运行状态识别系统由于运行状态信息的收集方式与电梯本身的通讯协议无关、且与电梯控制系统无电气连接，因此本系统采集电梯轿厢运行状态信息不仅方便快捷，而且更加准确可靠，不需要克服特殊的技术限制，此外还具有安装/制造成本低、性能可靠等特点，而且本电梯轿厢运行状态识别系统可适用于不同的电梯上，通用性强；上述轿厢运行状态信息通过网络通讯模块与外界上位机连接，可实时监控轿厢运行状态，有效确保电梯使用安全。

附图说明

图1为本发明一实施例中电梯轿厢运行状态识别系统的结构示意图。

图2为本发明一实施例中电梯轿厢运行状态识别系统的架构框线图。

图3为本发明一实施例中轿厢各运行状态的示意图。

图4为本发明一实施例中轿厢正常上行状态的v-t坐标图。

图5为本发明一实施例中轿厢异常上行状态的v-t坐标图。

图6为本发明一实施例中楼层参数初始化的流程图。

图7为本发明一实施例中轿厢运行速度参数初始化的流程图。

图8为本发明一实施例中轿厢运行状态识别的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1-图8，本电梯轿厢运行状态识别系统，包括：

曳引绳传感器，通过监测电梯曳引绳1的运行状态进而采集轿厢j运行数据，轿厢j运行数据包括轿厢j的运行行程和运行速度等；曳引绳传感器包括定滑轮2和转轴3；定滑轮2绕转轴3在电梯曳引绳1上滚动，定滑轮2的滚动行程与轿厢j的运行行程相等或接近，定滑轮2的滚动速度与轿厢j的运行速度相等或接近，即通过监测定滑轮2的滚动行程和滚动速度可有效检测轿厢j的运行行程和运行速度，可见轿厢j的运行状态可通过定滑轮2反应清楚；转轴3上设有至少采集定滑轮2滚动行程和滚动速度的滚动监测单元；滚动监测单元上设有信号输出接口，以便输出数据；参见图1，电梯曳引绳1连接轿厢j、以牵引轿厢j运行，本实施例以定滑轮2顺时针旋转设定为轿厢j下行，以定滑轮2逆时针旋转设定为轿厢j上行；

运行状态识别控制单元4，与曳引绳传感器连接，以接收曳引绳传感器采集的轿厢j运行数据并进行处理分析；运行状态识别控制单元4包括用于对轿厢j运行数据进行监测分析运算的中央主控模块、用于储存相关数据的储存器、以及用于实现数据传输的网络通讯模块；滚动监测单元通过信号输出接口连接中央主控模块，以将基于定滑轮2滚动信息的轿厢j运行数据传送至中央主控模块，以便进行监测分析运算获得轿厢j运行状态信息和楼层信息等；中央主控模块分别连接网络通讯模块和储存器；中央主控模块通过网络通讯模块与外界上位机进行数据传输，中央主控模块和网络通讯模块分别设置于电路板上，网络通讯模块可将中央主控模块处理好的信息转换为符合传输协议的格式再传送。

进一步地，中央主控模块为可编程逻辑控制器，中央主控模块与网络通讯模块之间通过串行通讯rs485接口连接器相连接；网络通讯模块上设有网络连接端口rj45和/或wifi端口；储存器至少用于存储电梯基本参数（包括下端站位置hmin、上端站位置hmax、加速度曲线值a1、减速度曲线值a2和额定速度值v1等）、以及轿厢j运行数据对应的检测分析运算结果。

进一步地，外界上位机包括楼宇控制中心和远程监控中心，即用户可通过楼宇控制中心和远程监控中心查看电梯运行情况和/或控制电梯运行。

上述电梯轿厢运行状态识别方法，包括以下步骤：

步骤①，中央主控模块初始化，记录正常运行状态下轿厢j的下端站位置hmin和/或楼层高度△h和/或楼层层数call和/或轿厢j的上端站位置hmax和/或轿厢j正常运行的加速度曲线值a1和/或轿厢j正常运行的减速度曲线值a2和/或轿厢j正常运行的额定速度值v1；

步骤②，电梯投入作业，根据定滑轮2的滚动行程识别轿厢j所在位置；和/或，根据定滑轮2的滚动加速度和/或滚动减速度和/或滚动匀速度识别轿厢j是否在正常运行状态。

进一步地，本实施例中中央主控模块的初始化工作为以下系列动作，以提升效率：

1.确认下端站位置hmin：下端站位置hmin为轿厢j可运行范围内最低层楼层的位置，运行状态识别控制单元4记录轿厢j处于下端站位置hmin时位置值为0；具体是，当控制轿厢j下行至最低层楼层，中央主控模块监测定滑轮2顺时针一直旋转后再换成逆时针旋转（轿厢j下行至最低层时受到缓冲作用，导致轿厢j会上行一小段距离，在电梯曳引绳1作用下，定滑轮2会换成逆时针旋转）时，判定轿厢j处于下端站位置hmin；下端站位置hmin可以在地面上或地下；

2.完成下端站位置hmin的记录确认后，进行楼层高度△h的初始化：正常运行状态下控制轿厢j停靠于每楼层一次，每停靠一次楼层运行状态识别控制单元4记录定滑轮2相应的滚动行程并通过叠加方式获得楼层高度△h数据，同时记录相应的楼层数（楼层数为第一层、第二层、第三层……第n层）；楼层层数call的初始化：轿厢j从下端站位置hmin上行至上端站位置hmax，运行状态识别控制单元4记录轿厢j的停靠次数为楼层层数call；

3.完成楼层参数记录后，确认上端站位置hmax：上端站位置hmax为轿厢j可运行范围内最高层楼层位置，运行状态识别控制单元4记录轿厢j处于上端站位置hmax时位置值为最高；具体是，轿厢j上行至最高楼层，定滑轮2逆时针一直旋转后再换成顺时针旋转（轿厢j上行至最高层时受到缓冲作用，导致轿厢j会下行一小段距离，在电梯曳引绳1作用下，定滑轮2会换成顺时针旋转）时，判定轿厢j处于上端站位置hmax，同时记录轿厢j可运行的最高高度值；

4.完成上端站位置hmax的记录确认后，分别进行加速度曲线值a1、减速度曲线值a2和额定速度值v1的初始化：正常运行状态下控制轿厢j从上端站位置hmax（也可以是任意楼层，这里为了迎合上端站位置hmax的初始化，所以优选上端站位置hmax）向下运行间隔一层以上楼层后停靠，运行状态识别控制单元4记录此过程中定滑轮2的滚动加速度为轿厢j的加速度曲线值a1、滚动减速度为轿厢j的减速度曲线值a2、滚动匀速度为轿厢j的额定速度值v1。

进一步地，识别轿厢j所在位置有以下：

正常状态下：标记轿厢j运行前所在的楼层数，轿厢j正常停止运行，定滑轮2随电梯曳引绳滚动，运行状态识别控制单元4记录定滑轮2从开始滚动到停止滚动过程中滚动的行程为轿厢j的运行行程，将轿厢（j）的运行行程与储存器中的相应的楼层高度△h比较计算，从而识别轿厢j运行后所在的楼层数；当轿厢j位置值为0时，判定轿厢j位于下端站位置hmin；当轿厢j位置为最高高度值时，判定轿厢j位于上端站位置hmax；从而有效判定监测每一楼层的提升距离数值及对应的楼层数和最高楼层数；

异常状态下：标记轿厢j运行前所在的楼层数，轿厢j异常停止运行，定滑轮2随电梯曳引绳滚动，运行状态识别控制单元4记录定滑轮2从开始滚动到停止滚动过程中滚动的行程为轿厢j的运行行程，根据运行行程与相应的楼层高度△h比较计算得到高度余值m，同时以楼层高度△h的1/2为开门基准值l1（l1的取值范围为100mm-300mm，优选200mm），当m＞l1时、判定轿厢j异常停止在非开门区域，当l2（l2的取值范围为10mm-30mm，优选20mm）≤m≤l1时、判断轿厢j异常停止在开门区域；当轿厢j所在位置低于下端站位置hmin时，判定轿厢j蹲底，当轿厢j所在位置高于上端站位置hmax时，判定轿厢j冲顶。

进一步地，识别轿厢j是否在正常运行状态有以下：

轿厢j运行过程中，定滑轮2的滚动速度从0（静止状态）经过设定的加速时间t1提升至滚动匀速度（即额定速度值v1），定滑轮2保持滚动匀速度滚动（此时轿厢j以额定速度值v1运行），而后定滑轮2的滚动速度从滚动匀速度经过设定的减速时间t2下降至0（停止旋转），判定轿厢j在正常运行状态；正常运行状态下轿厢j依次完成以下工作：启动运行-加速-匀速运行-减速-停止运行；

轿厢j运行过程中，定滑轮2的滚动速度从0提升至滚动匀速度所需的时间与设定的加速时间t1有偏差（包括比加速时间t1长或短）；和/或定滑轮2的滚动速度从滚动匀速度下降至0所需的时间与设定的减速时间t2有偏差（包括比减速时间t2长或短），则判定轿厢j在异常状态下运行；

当定滑轮2的滚动速度超过滚动匀速度10%时，判定为轿厢j超速运行；

当定滑轮2的滚动加速度与加速度曲线值a1偏差（大于或小于）5%、定滑轮2的滚动减速度与减速度曲线值a2偏差（大于或小于）5%时，判定为轿厢j溜车运行。

进一步地，步骤①中，中央主控模块初始化记录的数据还包括轿厢j在检修运行状态下和/或紧急电动运行状态下运行所设定的维保运行速度v2；步骤②中，当定滑轮2的滚动速度与维保运行速度v2相等或接近时，判定电梯处于检修运行状态或紧急电动运行状态。具体是，正常运行状态下将电梯执行检修运行状态或紧急电动运行状态，然后控制轿厢j上行或下行一定距离（一般为一层以上楼层的距离），中央主控模块记录本过程的速度值，并定义为维保运行速度v2。

具体执行动作如下：

电梯基本参数录入：楼层层数call、楼层数n(n=1、2、3、4……)、额定速度值v1、开门基准值（即：隔磁板长度、楼层高度△h的1/2）l1、电梯曳引绳的绕绳比p等……；

中心主控模块开始初始化：

参见图6，

控制轿厢j下行至下端站位置hmin（最低的楼层），h1=0；确认轿厢j停靠于下端站位置hmin后，控制轿厢j上行并每层停靠，以记录楼层高度△h：其中，

第一层的楼层高度h1=0，

第二层的楼层高度h2=第一层的楼层高度h1+第一层到第二层之间定滑轮2的滚动行程k1，

第三层的楼层高度h3=第二层的楼层高度h2+第二层到第三层之间定滑轮2的滚动行程k2，

第四层的楼层高度h4=第三层的楼层高度h3+第三层到第四层之间定滑轮2的滚动行程k3，

第五层的楼层高度h5=第四层的楼层高度h4+第四层到第五层之间定滑轮2的滚动行程k4，

……

第n层的楼层高度hn=第n-1层的楼层高度h（n-1）+第n-1层到第n层之间定滑轮2的滚动行程k（n-1）；

第一楼层的开门基准值l1=k1/2；

第二楼层的开门基准值l1=k2/2；

第三楼层的开门基准值l1=k3/2；

……

第n楼层的开门基准值l1=kn/2；

下面以电梯所在楼宇中各楼层高度相等为例加以说明：

第一层的楼层高度h1=0，

第二层的楼层高度h2=第一层的楼层高度h1+第一层到第二层之间定滑轮2的滚动行程k1=k’，

第三层的楼层高度h3=第二层的楼层高度h2+第一层到第二层之间定滑轮2的滚动行程k2=2·k’，

第四层的楼层高度h4=第三层的楼层高度h3+第二层到第三层之间定滑轮2的滚动行程k3=3·k’，

第五层的楼层高度h5=第四层的楼层高度h4+第三层到第四层之间定滑轮2的滚动行程k4=4·k’，

……

第n层的楼层高度hn=（n-1）×第一层到第二层之间定滑轮2的滚动行程k’；

各楼层的开门基准值l1=k’/2。

高度余值m=轿厢j的实际高度h’-相应的楼层高度△h，将高度余值m与相应的开门基准值l1比较、计算，判定轿厢j所在位置是否可以开门；当高度余值m＞开门基准值l1（200mm）时，判定轿厢j异常停止在非开门区域，所以不能开门；当l2（20mm）≤高度余值m≤开门基准值l1（200mm）时，判断轿厢j异常停止在开门区域，但可以开门。

参见图7，

下行状态：控制轿厢j从上端站位置hmax（也可以是任意楼层）连续下行三层或三层以上楼层，以确保轿厢j的运行速度达到额定速度值v1；记录轿厢j的下行速度从0提升至额定速度值v1（此时定滑轮2的滚动速度为滚动匀速度）的加速时间t1’和轿厢j的加速段距离d1’，以完成下行加速度段自学习；记录轿厢j下行恒定速度为额定速度值v1，以完成下行额定速度段自学习；记录轿厢j从额定速度值v1下降至0的减速时间t2’和轿厢j的减速段距离d2’，以完成下行减速度段自学习；

上行状态：控制轿厢j从下端站位置hmin（也可以是任意楼层）连续上行三层或三层以上楼层，以确保轿厢j的运行速度达到额定速度值v1；记录轿厢j的上行速度从0提升至额定速度值v1（此时定滑轮2的滚动速度为滚动匀速度）的加速时间t1”和轿厢j的加速段距离d1”，以完成上行加速度段自学习；记录轿厢j上行恒定速度为额定速度值v1，以完成上行额定速度段自学习；记录轿厢j从额定速度值v1下降至0的减速时间t2”和轿厢j的减速段距离d2”，以完成上行减速度段自学习；

检修状态或紧急状态：控制轿厢j以检修运行状态或紧急电动运行状态上行或下行；记录轿厢j上行/下行恒定速度为维保运行速度v2，以完成上/下行维保运行速度自学习。

初始化结束。

参见图8，

电梯日常使用中，轿厢j运行状态的识别：

运行状态识别控制单元4根据定滑轮2的滚动行程实时累计轿厢j移动的距离，以计算楼层高度△h、楼层层数call、最高位置值hmax等；运行状态识别控制单元4上设置有用于记录轿厢j移动距离的动态距离寄存器；

运行状态识别控制单元4根据定滑轮2的滚动速度实时记录轿厢j运行的速度，以计算加速度曲线值a1、减速度曲线值a2、额定速度值v1等；运行状态识别控制单元4上设置有用于记录轿厢j运行速度的动态速度寄存器；

运行状态识别控制单元4根据定滑轮2的滚动时间实时记录轿厢j运行的时间，以计算加速时间t1’和/或t1”、减速时间t2’和/或t2”等；运行状态识别控制单元4上设置有用于记录轿厢j运行时间的动态时间寄存器。

当轿厢j运行速度超过额定速度值v1的10%时，判定电梯存在超速故障；

当轿厢j停靠在非开门区，判定电梯存在异常停梯故障；

当轿厢j的停靠位置高于上端站位置hmax，判定电梯存在冲顶故障；

当轿厢j的停靠位置低于下端站位置hmin，判定电梯存在蹲底故障。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。