一种面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统及方法，本发明专利技术云端处理模块接收来自各个机房板模块以及轿厢内摄像头模块的数据，并实现计算以及存储功能；所述机房板模块控制的多个电梯轿厢的数据，并实现计算以及临时存储功能，并将计算结果发送至云端模块；轿顶板模块收集单个电梯轿厢的数据，通过I2C的方式送至轿顶板进行处理，并将处理结果发送给机房板模块；所述轿门板模块收集安装在电梯轿厢门附近的气压计传感器和三轴加速度传感器数据，并对数据进行滤波、积分、振动分析，随后将处理结果送至轿顶板模块，并处理。通过层层分级，各个模块功能解耦，达到实时监测分析的效果，同时提高电梯运行状态监测和故障预警的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统及方法
本专利技术涉及一种电梯运行状态监测技术，尤其设计一种面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统及方法。
技术介绍
随着电梯在楼宇中的普遍应用，其安全隐患造成的事故也逐渐增多，近年来电梯的安全运行问题受到了广泛关注。虽然投入运营的电梯产品均已符合国家标准，其安全性有一定的保障，但为了更大程度的保证电梯的安全运营、减少意外事故的发生，电梯维保行业以及部分物业公司逐渐开始采用原电梯系统之外的运行状态监测系统，提供第三方的监测信息，在主系统发生意外故障时监测系统仍能够获取足够的电梯运行信息从而实现减少误报，面对事故及时进行响应，与此同时第三方的监测信息可以一定程度上减少人工运维检测的成本，提升工作效率。现阶段用于电梯监控的系统一般只用于电梯的运行状态检测，虽然可以获取电梯运行速度、加速度、高度以及位置等信息，但是相较而言，并没有充分利用获取的数据信息来进行数据挖掘和处理，无法获取电梯的所有状态，也无法做到电梯故障的检测，更没办法对电梯健康状态进行评估，从而做到提前判断电梯是否可能出现故障，做到提前检测以及检修。另一方面，现有的电梯质量检测方式通常为定期检查，其使用的电梯质量检测仪通常为一个工具箱，在定期检查时才会置入电梯轿厢内，进行加速度振动分析以及噪音检查等工作，这种方式在电梯发生故障时，做不到及时发现并处理，无法实时监控电梯的健康状态。因为该方法，其仪器设备与电梯监控系统分离开来，所以也无法获取电梯的运行状态。综上，针对现有电梯运行状态监测系统的问题，迫切需要开发一种判断精准的、面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统以及配套的检测方法，该方法既可以监控电梯的运行状态，并且可以对电梯进行实时的故障诊断，及时发现电梯可能出现的问题，且可以做到对电梯安全的一个预警工作，相比于现有的方法可靠性更高，准确性也做了优化，且功能更加全面。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的问题，本专利技术提供一种面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统及方法。一种面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统，其包括：至少一云端服务器，该云端服务器用以收集来自各个机房板的数据和每个电梯中摄像头数据，并对数据进行分析处理，计算电梯的实时状态以及电梯的质量安全信息；至少一机房板模块，该机房板模块包括一块MCU运算单元、SD卡、LiteSQL数据库以及多个微电流传感器；MCU运算单元控制多个微电流传感器数据的采集，并将数据的存储在SD卡和LiteSQL数据库中，MCU运算单元控制多个电梯轿厢数据的功能的同时，并根据TCP/UDP网络服务实现数据发送和传输功能，将整合好的数据发送至云端服务器；至少一轿顶板模块，该轿顶板模块由MCU运算单元、多个微电流传感器、光电门传感器以及WIFI模块构成，以及一个网络或串口单元同轿门板模块进行数据通信；轿顶板模块通过多个微电流传感器、光电门传感器来采集电梯运动数据，同时接受来自轿门板的数据，并将接受的数据同其本身的多个微电流传感器采集的数据，通过MCU运算单元进行分析整合，判断电梯运动状态、所在楼层和高度、是否处于平层状态以及电梯所处运行模式的判读，并将新产生的结果通过WIFI模块发送给机房板模块；至少一轿门板模块，该轿门板模块包括一块MCU运算单元、一个气压计以及一个三轴加速度计；通过MCU运算单元所具有的浮点数运算能力将气压计、三轴加速度计采集的数据进行最小二乘、三阶卡尔曼滤波、频域积分以及频谱分析，实现电梯的健康状态的实时监测功能，并将结果通过网络或串口方式发送给轿顶板，供轿顶板进行后续数据处理。一种面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统的监测方法，其包括：步骤1：采集电梯上的所有传感器信息；轿门板模块负责采集电梯轿厢以及轿门的加速度信息，和电梯实时气压数据；轿顶板负责采集电梯光电门传感器信息以及微电流传感器的数据，轿门板将采集到的数据实时发送给轿顶板，供轿顶板使用；步骤2：通过采集到的信息，计算电梯轿厢以及轿门的实时状态；轿门板模块通过三轴加速度计判断电梯门的开关运动状态以及电梯轿厢的运动状态，并提供实时频谱分析，通过快速傅里叶变换检测电梯的振动情况，并反馈异常振动给云服务器端，同时实现非接触式距离检测功能；轿顶板模块通过其微电流传感器检测电梯检修信号和报警信号，通过光电门模块进行电梯数据校准和清零操作，通过轿门板模块传递的加速度计和气压计信号以及光电门校准模块信号，计算电梯轿厢所在的高度信息和楼层信息，以及电梯的实时速度；步骤3：通过电梯的状态信息，判断电梯是否正常运行，故障是否发生；通过电梯开关门状态以及电梯平层信息和有无人信号，判断电梯开关门是否发生异常；通过电梯微电流信息以及电梯所处位置信息和平层信号，判断电梯轿厢是否发生意外移动；通过电梯运行速度以及平层信号和停梯位置表的结合，判断电梯是否在开锁区域外停梯。作为优选，三轴加速度传感器装在轿厢门上，用于分析电梯的垂直运动和电梯门的运动状况；三轴加速度计在安装完毕后会通过最小二乘法进行偏移矫正，公式如下：ax＝kx*a′x+bxay＝ky*a′y+byaz＝kz*a′z+bz其中，a′x、a′y、a′z分别为校准之前的x、y、z轴的加速度信号，ax、ay、az分别为校准之后的x、y、z轴的加速度信号，校准前后的信号在不考虑高斯噪声的情况下符合线性关系式。同时的，x、y、z三轴加速度符合正交关系，所以以下式子必定成立：其中，g为当地的重力加速度。通过以上四个式子，采集至少大于六组加速度数据，便可根据最小二乘法计算每个加速度所对应的k和b值。优选的，加速度在矫正完毕之后，会进行滤波处理。加速度传感器是不稳定性，通过滤波，用数字低通滤波技术过滤掉一些杂波，将有特征的加速度变化趋势提现出来。优选的，加速度在矫正完毕之后，会进行频谱分析。振动加速度信号对各种故障都比较敏感，具有适应性广和检测方便的特点。但是，振动加速度信号受振动信号传递路径、传感器安装误差、传递振动各元件间隙、以及监测部件的固有振动等因素的影响，导致振动加速度信号极其复杂，而通过快速傅里叶变换和小波变换技术，得到电梯加速度的振动频谱，进而分析电梯运行状态，实时监测电梯是否发生故障。优选的，气压计会根据轿顶板模块上的光电门信号进行偏差矫正。高精度气压计可以实现相对误差只有三四厘米的精度，为了使用气压计来判断楼层高度以及所在层数，须使用光电门信号给气压计一个基准。光电门模块放置在电梯所处的一楼位置，每当电梯来到一楼时，便会生成一个校准信号，同时更新气压计一楼的相对气压。当电梯运动时，便通过实时气压减去该一楼的想对气压来计算气压差，进而计算电梯楼高。优选的，电梯距离监测装置通过加速度计z轴加速度以及气压计所测的气压进行卡尔曼滤波，预估出一个更精确的位移信息，同时不断通过光电门模块所提供的偏差消除信号来消除z轴加速度和气压计的偏移量。优选的，轿顶板有多个微电流传感器，用以检测电梯的检修、平层、门机、报警等信号，并将来自轿门板的加速度以及气压数据与自己的数据进行拼接，同时实现偏差清零以及距离检测的计算，并将结果保存，并通过UDP等网络通信协议上传至机房板模块。优选的，机房板模块可以接收电梯轿厢的打包数据，并保存于自己得LiteSQL数据库中，并通过TCP/UDP协议功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统，其特征在于，其包括：至少一云端服务器，该云端服务器用以收集来自各个机房板的数据和每个电梯中摄像头数据，并对数据进行分析处理，计算电梯的实时状态以及电梯的质量安全信息；至少一机房板模块，该机房板模块包括一块MCU运算单元、SD卡、Lite SQL数据库以及多个微电流传感器；MCU运算单元控制多个微电流传感器数据的采集，并将数据的存储在SD卡和Lite SQL数据库中，MCU运算单元控制多个电梯轿厢数据的功能的同时，并根据TCP/UDP网络服务实现数据发送和传输功能，将整合好的数据发送至云端服务器；至少一轿顶板模块，该轿顶板模块由MCU运算单元、多个微电流传感器、光电门传感器以及WIFI模块构成，以及一个网络或串口单元同轿门板模块进行数据通信；轿顶板模块通过多个微电流传感器、光电门传感器来采集电梯运动数据，同时接受来自轿门板的数据，并将接受的数据同其本身的多个微电流传感器采集的数据，通过MCU运算单元进行分析整合，判断电梯运动状态、所在楼层和高度、是否处于平层状态以及电梯所处运行模式的判读，并将新产生的结果通过WIFI模块发送给机房板模块；至少一轿门板模块，该轿门板模块包括一块MCU运算单元、一个气压计以及一个三轴加速度计；通过MCU运算单元所具有的浮点数运算能力将气压计、三轴加速度计采集的数据进行最小二乘、三阶卡尔曼滤波、频域积分以及频谱分析，实现电梯的健康状态的实时监测功能，并将结果通过网络或串口方式发送给轿顶板，供轿顶板进行后续数据处理。...

【技术特征摘要】
1.一种面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统，其特征在于，其包括：至少一云端服务器，该云端服务器用以收集来自各个机房板的数据和每个电梯中摄像头数据，并对数据进行分析处理，计算电梯的实时状态以及电梯的质量安全信息；至少一机房板模块，该机房板模块包括一块MCU运算单元、SD卡、LiteSQL数据库以及多个微电流传感器；MCU运算单元控制多个微电流传感器数据的采集，并将数据的存储在SD卡和LiteSQL数据库中，MCU运算单元控制多个电梯轿厢数据的功能的同时，并根据TCP/UDP网络服务实现数据发送和传输功能，将整合好的数据发送至云端服务器；至少一轿顶板模块，该轿顶板模块由MCU运算单元、多个微电流传感器、光电门传感器以及WIFI模块构成，以及一个网络或串口单元同轿门板模块进行数据通信；轿顶板模块通过多个微电流传感器、光电门传感器来采集电梯运动数据，同时接受来自轿门板的数据，并将接受的数据同其本身的多个微电流传感器采集的数据，通过MCU运算单元进行分析整合，判断电梯运动状态、所在楼层和高度、是否处于平层状态以及电梯所处运行模式的判读，并将新产生的结果通过WIFI模块发送给机房板模块；至少一轿门板模块，该轿门板模块包括一块MCU运算单元、一个气压计以及一个三轴加速度计；通过MCU运算单元所具有的浮点数运算能力将气压计、三轴加速度计采集的数据进行最小二乘、三阶卡尔曼滤波、频域积分以及频谱分析，实现电梯的健康状态的实时监测功能，并将结果通过网络或串口方式发送给轿顶板，供轿顶板进行后续数据处理。2.如权利要求1所述的一种面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统，其特征在于：三轴加速度传感器装在轿厢门上，用于分析电梯的垂直运动和电梯门的运动状况。3.根据权利要求1所述的一种面向故障诊断和安全预警的电梯监测系统的监测方法，其特征在于，其包括：步骤1：采集电梯上的所有传感器信息；轿门板模块负责采集电梯轿厢以及轿门的加速度信息，和电梯实时气压数据；轿顶板负责采集电梯光电门传感器信息以及微电流传感器的数据，轿门板将采集到的数据实时发送给轿顶板，供轿顶板使用；步骤2：通过采集到的信息，计算电梯轿厢以及轿门的实时状态；轿门板模块通过三轴加速度计判断电梯门的开关运动状态以及电梯轿厢的运动状态，并提供实时频谱分析，通过快速傅里叶变换检测电梯的振动情况，并反馈异常振动给云服务器端，同时实现非接触式距离检测功能；轿顶板模块通过其微电流传感器检测电梯检修信号和报警信号，通过光电门模块进行电梯数据校准和清零操作，通过轿门板模块传递的加速度计和气压计信号以及光电门校准模块信号，计算电梯轿厢所在的高度信息和楼层信息，以及电梯的实时速度；步骤3：通过电梯的状态信息，判断电梯是否正常运行，故障是否发生；通过电梯开关门状态以及电梯平层信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵家玉，颜钢锋，劳凯垚，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33