El desarrollo de una AMD para ascensores

por Liu Yingjie, Wu Xingjun, Wang Weixiong, Wang Xinhua, Lin Chuanglu y Song Yuechao

La seguridad de los ascensores está atrayendo cada vez más la atención de los técnicos de ascensores. Los dispositivos para monitorear el estado de un ascensor no solo ayudan a elevar el nivel de seguridad de los ascensores al detectar averías de antemano, sino que también facilitan el trabajo de rescate al enviar señales de falla inmediatas a los equipos de rescate a través del servicio de radio de paquetes general (GPRS). La mayoría de los dispositivos de monitoreo existentes son aparatos de monitoreo pasivo, que simplemente usan la información del controlador principal del ascensor. Este artículo presenta un dispositivo de monitoreo activo, que presenta la utilización de la corriente que va al convertidor de frecuencia, la cual se mide indirectamente mediante un sensor sin contacto analizando los cambios en la tasa de la corriente y comparándola con los valores normales registrados. El dispositivo de control sabe si el ascensor está funcionando en un estado normal o defectuoso. Este artículo aborda la configuración y los principios de funcionamiento del dispositivo de monitorización e incluye resultados experimentales para validar sus funciones.

Fondo

Los elevadores brindan una gran comodidad con altas velocidades y grandes capacidades de carga. Sin embargo, debido a su complejidad en la configuración, el desgaste de los componentes y los entornos de trabajo hostiles, a veces pueden averiarse e incluso causar daños a los usuarios. El método tradicional para mantener un ascensor en buenas condiciones es realizar inspecciones periódicas, además del mantenimiento adecuado. Esto no solo requiere que varios inspectores realicen la tarea, sino que tampoco detecta algunos riesgos potenciales que los inspectores no pueden prever.

El número de ascensores en China ha aumentado rápidamente en los últimos años debido al rápido desarrollo económico del país. Esto representa un gran desafío para los institutos de inspección de equipos especiales para garantizar que todos los elevadores estén en buenas condiciones. Los investigadores buscan formas inteligentes de abordar el problema. Los fabricantes de equipos originales como Otis, Mitsubishi e Hitachi han construido sus propios dispositivos de monitoreo para ascensores que pueden monitorear el estado operativo del ascensor y la alarma en caso de mal funcionamiento.

El dispositivo de monitoreo pasivo ha mejorado la seguridad de los ascensores, pero su operación pasiva (es decir, su rendimiento depende en gran medida de las señales de orden del controlador del ascensor en funcionamiento) asegura que el dispositivo de monitoreo fallará junto con el controlador principal cuando ocurra una falla dentro de este último. Algunos dispositivos utilizan Internet para comunicarse entre el controlador del ascensor y el dispositivo de monitoreo. Luego, el sistema entrega las causas relacionadas con la falla a los técnicos de campo y los equipos de rescate para la resolución de problemas y el trabajo de rescate.

El Dispositivo de Monitoreo Activo (AMD) que se presenta aquí tiene sensores incorporados y módulos lógicos para analizar el estado del ascensor en funcionamiento, independientemente del controlador del ascensor. Si el controlador del ascensor falla, AMD aún puede enviar señales de alarma a los técnicos de campo para la resolución de problemas de emergencia. Estas características de monitoreo activo combinadas con la tecnología de comunicación en línea no solo aumentan el nivel de seguridad de los ascensores, sino que también permiten la detección más temprana de fallas potenciales que pueden tener consecuencias graves, lo que permite tomar medidas preventivas con anticipación.

Sistema de implementación y esquema

Sistema de implementación de AMD

El sistema de implementación de AMD se muestra en la Figura 1: AMD diagnostica los estados en tiempo real de un ascensor, como operación normal, mal funcionamiento, inspección-operación o estado de falla de energía. Luego transmite los resultados del análisis diagnosticado a través de Internet o GPRS a la computadora de monitoreo remoto de los ingenieros de campo y técnicos a cargo del ascensor. Los técnicos de devolución de llamada pueden responder a la emergencia o problemas potenciales. El AMD proporciona una alternativa al método de monitoreo pasivo en línea, mejorando así el nivel de seguridad del ascensor.

Esquema de AMD

El esquema del AMD se muestra en la Figura 2. Se compone de una unidad de sensor para medir la corriente de entrada y el voltaje del convertidor de frecuencia, un procesador de datos para el cálculo de los datos de corriente y voltaje recopilados, una memoria para almacenar los datos recopilados y un transmisor de señales para enviar los resultados procesados ​​a los ingenieros y técnicos de campo. El controlador central está a cargo del diagnóstico de fallas y la comunicación de señales con la computadora remota.

Diseños de hardware y software

El diseño de AMD consta de diseños de hardware y software. El hardware incluye la unidad de potencia, el controlador central, el procesador de datos, el sensor y el transmisor de datos, todos descritos a continuación.

Componentes AMD

La unidad de potencia está diseñada para suministrar 3.3 VCC tanto al control integrado (IC) del controlador central como al IC de adquisición de datos (Figura 3).

El controlador central IC para el diagnóstico de los estados operativos del ascensor es STM32 de ST INC. La conexión de pines de la unidad IC se puede ver en la Figura 4.

La unidad de procesamiento de datos se muestra en la Figura 5. Aprovechando un IC de adquisición de corriente y voltaje específico - Tipo ADE7878 para procesar los datos medidos de la unidad del sensor, la raíz cuadrada media de la corriente y el voltaje está disponible ejecutando órdenes de el controlador central IC a través de un bus de comunicación I2C.

Los resultados del análisis se envían a la PC remota para los ingenieros y técnicos de devolución de llamada por DTU en comunicación con el controlador central a través de USART. La unidad de comunicación de señales DTU se muestra en la Figura 6.

Los sensores se utilizan para medir la corriente de entrada y la tensión del convertidor de frecuencia. La unidad del sensor se muestra en la Figura 7.

Estrategia de diagnóstico de fallas

Los procedimientos de diagnóstico de fallas de AMD se describen en la Figura 8. AMD recibe órdenes de la computadora remota; si no se dan nuevas órdenes, AMD ejecuta un monitoreo en línea de rutina, midiendo las señales en tiempo real contra los valores de umbral establecidos para servir como criterio para activar la identificación del estado anormal. Cuando el controlador central IC ejecuta la rutina para la identificación del estado anormal, se aplica una estrategia de cálculo sofisticada, mediante la cual los datos adquiridos actualmente se comparan con los datos de criterio almacenados previamente para determinar el estado del ascensor. Cuando finaliza el análisis, el controlador central IC entra en la fase de toma de decisiones al decidir si emite señales de alarma basándose en el estado diagnosticado del ascensor.

Interfaz de usuario

La interfaz de usuario de AMD se utiliza para el análisis de datos y la supervisión del estado del ascensor en línea. Contiene la información básica del ascensor que se está monitoreando, como el tipo y la especificación, los registros de fallas realizados por el sistema cuando el elevador está en el estado de mal funcionamiento y las tasas de mal funcionamiento durante un cierto período de tiempo, para las estadísticas. La interfaz de usuario está desarrollada en el lenguaje de programación C (Figura 9). Se comunica con AMD a través de GPRS y permite a los ingenieros y técnicos configurar algunos parámetros de AMD de forma remota.

Experimentos y análisis de datos          

Experimentos

Se han realizado experimentos para verificar el rendimiento de un AMD instalado en un ascensor (tipo Gmax 300) en un laboratorio de Guangzhou. En la Figura 10, el AMD se muestra instalado junto al controlador principal en el gabinete de control del ascensor. Para probar su rendimiento de monitoreo, se activa intencionalmente un mal funcionamiento del ascensor para ver si AMD lo detectará al analizar los datos recopilados sobre los cambios actuales.

Los resultados experimentales muestran que AMD es capaz de distinguir los cambios en la corriente de emergencia y la corriente de inspección de la corriente operativa normal mediante su estrategia de diagnóstico-cálculo. También se puede detectar un corte de energía y se activa una señal de alarma cuando se produce un evento de emergencia. La transformación del estado de monitoreo de normal a inspección muestra el estado de inspección capturado por AMD, con la corriente para el modo de inspección más pequeña que la del modo de operación normal (Figura 11).

La transformación del estado de inspección a avería se muestra en la Figura 12. El dispositivo de monitorización detecta el estado de avería, la señal en la interfaz del usuario indica que el ascensor no funciona correctamente y la señal de alarma se envía a los técnicos de campo en turno.

Los cambios típicos en la corriente de emergencia y de inspección se obtienen mediante el sensor de corriente del AMD (Figuras 13 y 14, respectivamente).

Análisis de Datos

Los datos estadísticos del seguimiento en línea también se pueden utilizar para la evaluación de riesgos. Por ejemplo, los datos estadísticos de la Figura 15 se refieren a las tasas de mal funcionamiento, que pueden calcularse y compararse. Estos están disponibles en diferentes períodos de tiempo específicos, proporcionando una base de datos sobre la cual se puede realizar la evaluación de riesgos de un ascensor.

Conclusión

AMD monitorea el estado del elevador en línea y diagnostica fallas como paradas de emergencia, estado de inspección y fallas de energía. Es fundamental para los técnicos de campo localizar la causa de una falla en el elevador, mientras emiten señales de alarma inmediatas al equipo de rescate en caso de que alguien quede atrapado. El AMD también puede usarse, hasta cierto punto, para evitar pérdidas causadas por fallas en el elevador al detectar constantemente los parámetros clave que caracterizan la probabilidad de fallas. La destacada ventaja de AMD radica en que funciona de forma activa, independiente o libre del sistema de control de elevación. En caso de falla del control de elevación, sigue funcionando correctamente. Los resultados experimentales han verificado las características proyectadas del dispositivo. Sin embargo, queda mucho por hacer para que se aplique ampliamente a los ascensores en uso; Además, los problemas de confiabilidad y aplicaciones a gran escala de AMD necesitan más investigación.

Agradecimiento

Este proyecto de I + D está respaldado por los proyectos de ciencia y tecnología de la Administración General de Supervisión de Calidad, Inspección y Cuarentena de la República Popular de China (2011QK321, 2012QK065, 2010QK080, 2012104016) y los proyectos de la Administración de Supervisión de Calidad, Inspección y Cuarentena de Guangdong ( 2011CT04, 2010CT04, 2010ZT02).