HK1111670A - 状况监视系统 - Google Patents

Description

状况监视系统

技术领域

本发明涉及电梯系统。尤其是，本发明涉及一种监视电梯的运行状况的系统。

背景技术

电梯系统是包括许多可活动和旋转部件的设备的机电组合，其在电梯系统的运行期间经受磨损和故障。同样，在电梯系统的长时间运行时，控制可活动和旋转部件的致动器(actuator)、以及连接到所述制动器的电子组件和传感器经受磨损和故障。故障也可能由意想不到的外部因素，如例如对电梯门的猛烈撞击、或对电梯进行破坏的后果引起。然而，对电梯系统的运行首要重要的是，电梯系统在所有的运行状况中首先应该安全和正确地工作。因此，定期保养电梯系统以保证安全运行和充分的乘坐舒适度。如果电梯没有及时保养，则电梯可能故障，使得乘客根本不能使用电梯，或者电梯的运行质量显著劣化。在实际故障之前，电梯可能变得有噪声，电梯车厢可能出现令人讨厌的晃动，在着陆时，电梯车厢的停止精度可能劣化，或者电梯运行的一些其它相对应的特征可能被损害，提前指示将来的故障。电梯维护的调度传统上已经根据基于固定日程表的调度、和/或基于电梯运行的密度(运行历史)，经由定期维护来实现。运行的密度再次依赖于电梯的安装位置，导致有关维护安排的个体需求。如果维护需求没有被检测，直到控制电梯运行的致动器之一突然故障并妨碍了电梯的准备，则这可能导致由客户做出维修建议，导致对负责电梯运行的一方的额外费用。消除或至少减少未调度的维护访问的数量的一种方法是给电梯配备状况监视系统。状况监视系统的功能是观测电梯的运行并产生表示其运行状况的参数，基于该参数可以估计电梯的当前运行状况并预测其未来的运行状况，使得能够对预防性维护的需要进行规划。状况监视系统通常连接到表示电梯运行的信号，基于该信号系统计算描述电梯的运行状况的参数。相对于定义的参考值的参数的变化趋势或充分大的偏离，产生有关敏锐的或可预料的故障的特定警告。该警告信息通常从状况监视系统发送到负责该电梯系统的维护的维护中心，在此做出有关要求的维护操作以及它们的调度的决定。例如，在Moore等人的专利US4,512,442中公开的系统持续计数门已经被打开和关闭多少次，并且将该计数发送到维护中心用于维护调度。通过考虑建筑物的类型能够更精确地做出基于运行密度的调度。某些更先进的现有技术的系统额外地使用电梯的运行历史数据用于状况监视。

现有技术的状况监视系统具有相当大的缺点和不足。表示电梯的运行的信号经常难以获得，这就是为什么将状况监视系统安装和连接到电梯系统是困难的并且耗时的原因。在状况监视中需要的一些信号可能位于彼此相距长的距离，例如在电梯机房中的控制面板中，而一些其它信号位于电梯车厢中。在这种情况下，有必要在电梯车厢和机房之间具有额外的车厢电缆，以将所要求的信号的布线提供给状况监视系统，涉及安装成本和时间的急剧增加。在现有技术的解决方案中，进行与要测量的信号的连接通常要求在状况监视系统和电梯控制系统之间的电流(galvanic)连接，并且还经常改变了电梯中的电缆线路，引起不必要的安装工作和额外成本。该电流连接方法涉及导致干扰用于状况监视的电梯系统信号的操作的风险，因此产生安全危险。出于这个原因，电梯经常在安装状况监视系统之后，不得不经过监督电梯安全当局的批准，以检查安全设备的运行。

现有技术解决方案的另外的问题是：电梯系统在电和功能方面彼此显著地不同。在其它事情中，状况监视系统不得不考虑用在被监视的电梯中的信号的电流和电压电平、信号的时序和其它的电梯专用环境。按照现有技术实现的状况监视系统，因此通常仅仅可应用在与某些电梯类型的连接中，而在旧的电梯中安装它们可能是不可能的，或者要求的安装、修改和配置工作可能变为显著的成本因素。

发明的目的

本发明的目的是克服在现有技术的解决方案中遇到的一些上述的缺陷和不足、以及实现用于监视电梯状况的完全新的类型的解决方案。本发明的另外的目的是实现一个或更多下面的目标：

-状况监视系统，其能够容易地并且快速地安装在新的电梯和现有的电梯中，

-安装而没有额外的车厢电缆，

-自动确定阈值并结合电梯的操作和/或测试运行设置各参数，

-减少破坏，以改善行进的安全，

-改善乘坐的舒适度，

-存储有关电梯系统的数据用于以后的使用，例如在准备趋势分析以提供有关运行状况的更精确的信息中。

发明内容

本发明的状况监视系统的特征在于由权利要求1的特征部分所公开的。本发明的其它实施例的特征在于由其它的权利要求所公开的。创造性的实施例也呈现在本申请的描述部分和附图中。在本申请中公开的创造性内容还能够以不同于权利要求中完成的其它方法定义。本创造性内容还可以由几个分开的发明组成，特别是如果根据明确的或隐含的子任务、或对于实现的优点或优点的集合考虑本发明。在此情形中，从分开的创造性构思的角度看，包括在权利要求中的一些属性可能是多余的。在本发明的基本构思的框架内，本发明的不同实施例的特征能够结合其它的实施例应用。

下面是用在文本中的某些术语的含义的定义：

-维护需要：定义维修检测的故障和/或质量缺陷的行为和它们的紧急。

-电梯运行数据：包括有关电梯的使用、电梯完成的行程和/或在已知的时间段内与电梯的运行相关联的其它相对应的环境的信息；

-电梯驱动机器：包括在电梯通道(shaft)中移动电梯车厢需要的设备。所述设备包括：驱动马达、提升钢索组、用于防止车厢运动的马达制动器(brake)或各马达制动器、用于在电梯通道中引导电梯车厢的导轨和导槽(guide shoe)；

-阈值和设置参数：该术语指所有这些参数：设置、公差值和测量参考值，其基于单独安装或一些其它相对应的背景确定，并且其能够在状况监视系统中配置。阈值和设置参数被用来观测导出的和/或结果量中的变化，以检测故障情形和/或用于预防维护的需要。

本发明涉及一种电梯状况监视系统，其包括至少一个控制单元和连接到该控制单元的传感器排列。所述电梯包括：电梯车厢、电梯驱动机器和包括要求的安全电路和制动器的控制系统。按照本发明，所述状况监视系统的控制单元和与该控制单元连接的传感器排列结合电梯车厢安装，并且所述传感器排列至少包括测量电梯安全电路的电流的传感器，所述传感器与电梯安全电路电流地(galvanically)分开并连接到安全电路，而不妨碍安全电路布线。所述控制单元和所述传感器排列最好安装在电梯车厢的顶部。

在本发明的实施例中，除了测量安全电路电流的传感器外，连接到所述控制系统的传感器排列包括一个或更多下面的传感器：

-作为测量车厢门加速度的装置的加速度传感器；

-作为测量门操作器马达的电流的装置的电流传感器；

-作为测量电梯车厢加速度的装置的加速度传感器；

-作为测量电梯门噪声和/或电梯行进噪声的装置的麦克风；

-作为测量电梯车厢照明的电流的装置的电流传感器；

-作为门区域和门区域边缘的检测器的邻近传感器；以及

-作为测量电梯车厢和/或电梯通道的温度的装置的温度传感器，

一个或更多前述传感器与电梯的控制系统电流地分开。

在本发明的实施例中，状况监视系统产生一个或更多下面的导出量：

-在门操作期间的门噪声分量；

-当电梯在各楼层之间运动时的行进噪声分量；

-在门操作期间的门运动分量；

-门状态数据；

-在门操作期间的门马达电流分量；

-当电梯在各楼层之间运动时的电梯车厢运动分量；

-电梯车厢状态数据；

-安全电路状态数据；

-在着陆处电梯车厢的停止精度；以及

-车厢照明的电流分量。

在本发明的实施例中，利用导出量，该状况监视系统确定一个或更多结果量，其指示：

-车厢照明的运行状况；和/或

-门机器的运行状况；和/或

-电梯驱动机器的运行状况；和/或

-安全电路的运行状况；和/或

-电梯的性能；和/或

-电梯的运行历史。

在本发明的实施例中，所述状况监视系统包括存储器设备，用于存储导出量和/或结果量用于以后使用。

在本发明的实施例中，所述状况监视系统包括数据传输连接，其用于将导出量和/或结果量和/或指示电梯的运行状况的警告发送到远程监视系统。

在本发明的实施例中，已经安装了所述状况监视系统，以将存储在存储器设备上的信息在预定的时间点发送到远程监视系统。

在本发明的实施例中，所述状况监视系统包括在其上存储了一个或更多导出量阈值的存储器设备，用于检测故障情形和/或用于预防维护的需要。

在本发明的实施例中，通过执行电梯的至少一个测试运行，已经确定了一个或更多阈值和/或设置参数。

在本发明的实施例中，已经安装了所述状况监视系统，以基于统计和/或其它相对应的分析确定阈值和/或设置参数。

与现有技术解决方案相比，本发明的状况监视系统具有几个优点。该状况监视系统容易和快速安装，因为其控制单元和与其连接的各传感器结合电梯车厢放置。为了连接各传感器，在电梯车厢和电梯控制系统之间不需要额外的车厢电缆。在状况监视中要求的传感器也易于安装为结合电梯车厢的改进(retrofit)，因为它们结合电梯车厢的放置几乎可自由地选择，并且电梯车厢的现有电缆没有必要修改。当它使用与电梯系统的控制单元电流地分开的传感器时，本发明的系统不引起电梯系统的运行的安全风险。尤其是进行与电梯系统的安全电路的连接不涉及问题，因为该连接不在状况监视系统和电梯安全电路之间形成电流的连接，并且不要求中断安全电路(例如，从连接器断开安全电路导体)，因此也避免了在系统的安装之后由当局进行的额外检验。为了允许更快的安装，系统的配置能够被自动执行。使用本发明的系统，还可以收集有关电梯系统的使用的信息并且测量电梯系统的性能。由该系统产生的数据能够被传递到远程维护系统，用于统计准备和其它涉及例如电梯系统的运行状况、使用和/或性能的相对应的分析。

附图说明

图1表示在电梯系统中按照本发明的安排；

图2表示本发明的系统的方框图；以及

图3表示电梯安全电路连接。

具体实施方式

图1通过示例的方式表示在电梯系统中按照本发明的安排。参考标号100指示电梯车厢，其包括车厢门102和控制车厢门102的打开和关闭的门操作器103。在电梯车厢的顶部放置了状况监视系统的控制单元104，其经由结合车厢安装的传感器排列(在图1中未示出)，测量并分析指示电梯的运行状况的信号。在电梯通道107中，电梯车厢通过驱动机器109在楼层A、B和C之间运动。每个楼层平面提供有着陆门12，当电梯车厢在所述着陆时，其和车厢门一起被打开和关闭。电梯控制系统110放置在机房108中，从这里控制系统经由车厢电缆111与电梯车厢通信，以便在电梯车厢和电梯控制系统之间传输要求的控制信号和电力。电梯控制系统还包括若干致动器，如例如电梯呼叫面板和显示单元以及连接这些的电缆(在图1中未示出)。

图2通过示例的方式表示本发明的状况监视系统的方框图。状况监视系统的控制单元104是例如配备有处理器、存储器和要求的接口和软件的计算机单元。控制单元包括信号接收和处理单元200，其中从电梯系统测量的信号250被接收和处理以产生导出量。在此上下文中的导出量指从用于电梯的运行状况的监视中的测量信号250导出的量，如例如信号的有效值、频谱、散度(divergence)或均值、或反映信号的行为的一些其它相对应的量，以及指能够基于测量的信号确定的要被监视的系统或致动器的状态数据。产生的导出量被传输到分析单元220。产生的至少一些导出量被存储在存储器设备210上用于以后利用。分析单元的功能是基于产生的导出量观察电梯的运行状况，并且产生有关检测的缺陷和预防维护需要的特定警告，以传达到维护中心270的远程监视系统272。为了估计运行状况，分析单元的存储器设备230包括若干阈值和设置参数，并且如果信号依然保持在阈值或设置参数之下或超过阈值或设置参数，则产生有关故障或预防维护需要的警告。前述阈值和其它要求的设置参数，例如通过执行电梯的一个或更多测试运行，结合电梯系统的试运行(commissioning)确定，或者在正常操作期间从所述量和导出量的统计特性形成该阈值。参考标号240指示用于在控制单元104和远程监督系统272之间形成数据传输连接280的数据传输方式。该数据传输连接可以是可应用于此目的的任何数据传输连接，最好是无线数据传输连接。

在图2中，参考标号260指示用于测量在电梯安全电路中流动的电流I_safety的电流传感器。电梯的安全电路典型地由安全触点和开关组成，其在图3中呈现的电路300中串联连接。SC310表示安全电路的静态电路，而开关CD315表示车厢门开关，并且开关N*LD320表示着陆门开关。N是楼层平面的数量，取决于电梯包括多少楼层。开关MC340对应于电梯的主接触器(main contactor)。安全电路的总电流I_safety由开关SC、CD、LD和MC的状态和相对应的分电流i1、i2、i3和i4确定。因此，状况监视系统能够基于总电流I_safety在每个时刻推断安全电路的状态。下面的表1包括如图3所示的安全电路的可能状态的定义：

在点P的安全电路电流	开关的状态	安全电路的功能状态
			i＝0	SC＝0，CD＝LD＝不可见，MC＝0	静态电路开，门状态不可见，主接触器断电
i＝i1	SC＝0，CD＝0，LD＝不可见，MC＝0	静态电路关，车厢门开，着陆门不可见，主接触器断电
			i＝i1+i2	SC＝0，CD＝1，LD＝0，MC＝0	静态电路关，车厢门关，着陆门开，主接触器断电
i＝i1+i2+i3	SC＝1，CD＝1，LD＝1，MC＝0	静态电路关，车厢门和着陆门关，主接触器断电
			i＝i1+i2+i3+i4	SC＝1，CD＝1，LD＝1，MC＝1	静态电路关，车厢门和着陆门关，主接触器通电

表1

通过在电梯的不同运行情形中按上述方式确定安全电路的状态，状况监视系统能够确定电梯安全电路和影响安全电路的状态的致动器的运行状态。

安装在车厢上的车厢门、着陆门和门操作器形成门机械系统，其状况依靠附接到车厢门扇的、用来测量门扇的水平运动的加速度a_door的加速度传感器监视。为了获得门机械系统的运行状况的更精确的确定，还可以测量垂直于前述运动的门扇加速度。加速度a_door用作在门运行期间观察门扇的运动分量的手段，如例如门扇的瞬时加速度、速度、位置和/或振动谱。根据门扇运动分量，还可以推断门状态数据(各状态和它们相互的时序)。可能的门状态是：已关、正打开、已开、正在关、正在重新打开、正轻推。在图2中图示的解决方案中，门操作器电流I_ddor还通过电流传感器263测量。马达电流指示马达的转矩以及由此的抵抗门的打开和关闭的力(如摩擦力)。门运动分量的变化和/或门操作器马达的电流变化和/或状态数据的变化，指示门机械系统的磨损或污损(soil)和/或电气或机械故障。门机械系统的状况还能够依靠安装在电梯车厢上的麦克风264，通过分析在门操作期间产生的噪声N_car的频谱监视。在考虑的频率的噪声幅度的增加指示在门机械系统中发生的变化，如例如磨损。为了监视电梯驱动机器的状况，电梯配备有安装在车厢上来测量电梯车厢的垂直加速度a_car的加速度传感器62。为了获得对运行状况的更精确的确定，还可以测量与竖向运动垂直的车厢加速度。电梯车厢的垂直方向运动分量，如例如电梯通道中的位置、瞬时加速度、速度和/或振动谱，通过已知的数学方法从加速度a_car计算。根据车厢运动分量，还可以推断车厢状态数据。车厢状态可以是下面之一：静止(standing)、加速、恒速、减速、慢行(creep)、重新平齐(releveling)。电梯车厢的运动分量和/或状态数据的变化指示驱动机器的磨损、污损和/或电气或机械的故障。驱动机器的状况还能够依靠安装在电梯车厢上的麦克风264，通过分析在电梯运行的各种状态期间产生的噪声N_car的频谱来监视。在考虑的频率的噪声幅度的增加指示在驱动机器中发生的变化，如例如磨损。

驱动机器的状况还能够依靠安装在电梯车厢上的门区域传感器266监视。当电梯正在电梯通道中运动时，传感器检测安装在每个楼层平面的参照进入/退出传感器的检测范围(field)。通过组合门区域参照检测数据P_dzone和从电梯车厢的加速度a_car导出的位置数据，可以确定电梯车厢相对于检测的参照边缘的准确停止距离，因此监视在不同的着陆处电梯车厢的停止精确度。所述车厢的停止精确度的变化指示电梯驱动机器，如例如驱动机器的制动器的变化。

在图2中，参考标号267指示用来测量电梯车厢的内部和/或外部温度T_car的温度传感器。当温度变化时，指示驱动机器运行的量的各值，可以例如作为驱动机器的润滑剂的粘度(viscosity)的变化的结果而变化。通过考虑在电梯车厢和/或电梯通道中普遍的温度T_car，可以补偿所讨论的(inquestion)变化，因此改善指示电梯的运行状况的量的精度。温度测量还能够用于监视电梯车厢的可能的空调系统的运行状况、和/或用于检测建筑物中发生的失火。

为了监视电梯车厢的照明，状况监视系统依靠电流传感器264测量由照明消耗的电流I_light。当照明电流相对于电流的参考值减少时，可以推断缺陷光源的数目。如果电流变为在跳动，则这指示光源的将来的故障。

除了上述与电梯的状况监视相关联的数据外，所述系统还产生涉及电梯的使用和性能的信息。利用测量的信号和从该信号导出的状态数据，可以确定包括在所述电梯中的各种致动器的活动次数以及动作的数目，如例如门操作的数目、门操作阶段的持续时间、电梯在每个楼层离开和停止的数目、在不同楼层之间的电梯的行进次数。因此，所述系统能够产生用于计算电梯的性能和运行历史的信息。

在存储器设备210上收集的数据在定义的时间间隔的时段中，通过数据传输连接106从控制单元传递到远程监视系统105。在远程监视系统中接收的数据被存储在数据库271中，其中数据能够被进一步用于电梯的运行密度(电梯的操作历史)和/或电梯的性能的计算、统计分析。

传感器排列250由若干传感器组成，一个或更多传感器与电梯控制系统电流地分开。电梯车厢必须装备(retrofit)有传感器，除非它已经配备有准备与远程监视系统连接的传感器。“传感器”还指已经结合电梯车厢存在、并且状况监视系统能够通过连接器直接连接到其的测量点(例如，连接器)。在这种情形中，产生要测量的信号的传感器还可以安放在电梯系统的其它位置而不是电梯车厢，其中传感器信号已经按包括在电梯系统中的实现布线。用于电流测量的电流传感器是例如基于电感的铁芯传感器，其芯结构能够被打开，以便允许将要监视的电流导体穿线(thread)到由传感器芯形成的通道中，而不破坏导体。结合这些传感器，有利于通过使用适合的补偿连接，补偿传感器的频率响应和/或温度漂移(creep)，以改善测量的加速度和测量精度。为了检测门区域参照，电梯车厢配备有邻近传感器(proximitysensor)266，其可以是适合于该目的的任何无接触邻近传感器，如例如电感、光学或电容邻近传感器。邻近传感器识别安装在每个着陆处的参照，例如由磁材料制成的条形物体或发光的拉长的粘贴物(sticker)。

为了确定由状况监视系统使用的设置参数和阈值，在系统的安装之后对电梯执行一个或更多测试运行。基于在测试运行期间收集的信息，状况监视系统自动地确定至少一些阈值和/或设置参数值。在电梯系统的运行期间，状况监视系统收集有关电梯系统的数据，并且用已知的统计方法更新前述各值。因此，状况监视系统是自学习的(self-learning)，并且能够自动使其自身适应变化状况。

在电梯系统具有多层电梯的情形中，其中两个或更多电梯车厢已经按相同的车厢框架安装，一个或更多状况监视系统被安装来监视所述电梯的运行状况。

对本领域技术人员显而易见的是：本发明不局限于上面描述的各实施例，其中已经通过示例的方式描述了本发明，但是在权利要求中定义的本发明性构思的范围内，本发明的不同实施例是可能的。

Claims (10)

1.一种用于电梯的状况监视的系统，所述系统至少包括控制单元104和连接到该控制单元104的传感器排列250，并且所述电梯包括电梯车厢100、电梯驱动机器109和包括要求的安全电路和制动器的电梯控制系统110，其特征在于，所述系统的控制单元104和与该控制单元连接的传感器排列250已经结合电梯车厢安装，并且所述传感器排列250至少包括传感器260，其测量安全电路的电流，并且与电梯安全电路电流地分开，而且连接到安全电路300而不妨碍安全电路布线。

2.按前面的权利要求所述的系统，其特征在于除了安全电路传感器260外，传感器排列250包括一个或更多下面的传感器：

-作为测量门102的加速度的装置的加速度传感器261；

-作为测量门操作器103的马达电流的装置的电流传感器263；

-作为测量电梯车厢100的加速度的装置的加速度传感器262；

-作为测量电梯的门噪声和/或电梯的行进噪声的装置的麦克风265；

-作为测量电梯车厢照明电流的装置的电流传感器264；

-作为门区域和门区域边缘的检测器的邻近传感器266；以及

-作为测量电梯车厢100的温度和/或电梯通道107的温度的装置的温度传感器267，

一个或更多前述传感器与电梯的控制系统明显分开。

3.一种如权利要求1至2的任何一个所述的系统，其特征在于所述系统产生一个或更多下面的导出量：

-在门操作期间的门噪声分量；

-当电梯在各楼层之间运动时的行进噪声分量；

-在门操作期间的门运动分量；

-门状态数据；

-在门操作期间的门马达电流分量；

-当电梯在各楼层之间运动时的电梯车厢运动分量；

-电梯车厢状态数据；

-安全电路状态数据；

-在着陆处的电梯车厢的停止精度；以及

-车厢照明的电流分量。

4.如权利要求1至3的任何一个所述的系统，其特征在于利用导出量，所述系统计算一个或更多结果量，其指示：

-车厢照明的运行状况；和/或

-门机械系统的运行状况；和/或

-电梯驱动机器的运行状况；和/或

-电梯的安全电路的运行状况；和/或

-电梯的性能；和/或

-电梯的运行历史。

5.如权利要求1至4的任何一个所述的系统，其特征在于所述系统还包括存储器设备210，用于存储导出量和/或结果量用于以后使用。

6.如权利要求1至5的任何一个所述的系统，其特征在于所述系统还包括数据传输连接106，用于将导出量和/或结果量和/或指示电梯的运行状况的警告发送到远程监视系统。

7.如前面的权利要求6所述的系统，其特征在于：已经安装了所述状况监视系统，用于在预定的时间点将存储在存储器设备210上的信息发送到远程监视系统272。

8.如权利要求1至7的任何一个所述的系统，其特征在于所述系统还包括存储器设备230，在该设备上存储了用于检测故障情形、和/或用于预防维护需要的一个或更多阈值和/或设置参数。

9.如权利要求1至8的任何一个所述的系统，其特征在于通过执行电梯的至少一个测试运行，已经确定了一个或更多阈值和/或设置参数。

10.如权利要求1至9的任何一个所述的系统，其特征在于已经安装了所述系统，用于基于统计和/或其它相对应的分析确定各阈值和/或各设置参数。