用于电梯的 AMD 的开发

作者：刘英杰、吴兴军、王伟雄、王新华、林创路、宋月超

电梯安全越来越受到电梯技术人员的关注。 电梯状态监控设备不仅可以通过预先检测故障来帮助提高电梯的安全水平，还可以通过通用分组无线电服务（GPRS）向救援队发送即时故障信号，从而促进救援工作。 现有的监控设备大多是被动监控设备，只利用电梯主控制器的信息。 本文介绍了一种主动监测装置，它利用进入变频器的电流，通过分析电流速率的变化并将其与记录的正常值进行比较，通过非接触式传感器间接测量该电流。 监控装置知道电梯是运行在正常状态还是故障状态。 本文介绍了监控设备的配置和工作原理，并包括验证其功能的实验结果。

背景

电梯以高速度和大承载能力提供极大的便利。 但由于其配置复杂、部件磨损、工作环境恶劣，有时可能会发生故障，甚至对用户造成伤害。 保持电梯良好状态的传统方法是提供定期检查和适当的维护。 这不仅需要多个检查员来执行任务，而且也无法发现一些检查员无法预见的潜在风险。

近年来，由于国家经济的快速发展，中国的电梯数量增长迅速。 这对特种设备检测机构确保每台电梯处于良好状态提出了巨大挑战。 研究人员正在寻找解决问题的智能方法。 奥的斯、三菱、日立等OEM厂商已经建立了自己的电梯监控装置，可以监控电梯的运行状态并在发生故障时发出警报。

被动监控装置提高了电梯的安全性，但其被动操作（即其性能很大程度上取决于来自工作电梯的控制器的命令信号）确保当主控制器发生故障时，监控装置将与主控制器一起发生故障。 一些设备使用互联网在电梯控制器和监控设备之间进行通信。 然后，系统会将有关故障的原因提供给现场技术人员和救援团队，以进行故障排除和救援工作。

此处介绍的主动监控设备 (AMD) 具有内置传感器和逻辑模块，可独立于电梯控制器分析电梯运行状态。 如果电梯控制器出现故障，AMD 仍然可以向现场技术人员发送警报信号以进行紧急故障排除。 这些主动监控特性与在线通信技术相结合，不仅提高了电梯的安全水平，而且可以更早地发现可能导致严重后果的潜在故障，提前采取预防措施。

实现系统和原理图

AMD 实施系统

AMD的实现系统如图1所示：AMD诊断电梯的实时状态，如正常运行、故障、检修运行或断电状态。 然后将诊断的分析结果通过互联网或GPRS传输到现场负责电梯的工程技术人员的远程监控计算机上。 然后，回电技术人员可以对紧急情况或潜在问题做出响应。 AMD 提供了一种替代的在线被动监控方法，从而提高了电梯的安全水平。

AMD 原理图

AMD的原理图如图2所示。它由测量变频器输入电流和电压的传感器单元、用于计算采集到的电流和电压数据的数据处理器、用于存储采集到的数据的存储器以及信号发送器，用于将处理后的结果发送给现场工程师和技术人员。 中央控制器负责故障诊断和与远程计算机的信号通信。

硬件和软件设计

AMD 的设计包括硬件和软件设计。 硬件包括电源单元、中央控制器、数据处理器、传感器和数据发送器，如下所述。

AMD 组件

电源单元设计用于向中央控制器集成控制 (IC) 和数据采集 IC 提供 3.3 VDC（图 3）。

电梯运行状态诊断的中央控制器IC为ST INC的STM32，IC单元的引脚连接见图4。

数据处理单元如图 5 所示。利用特定的电流和电压采集 IC（ADE7878 型）来处理来自传感器单元的测量数据，通过执行以下命令可以获得电流和电压的均方根中央控制器 IC 通过 I2C 通信总线。

分析结果由DTU通过USART与中央控制器通信，发送到远程PC，供工程师和技术人员回拨。 DTU 信号通信单元如图 6 所示。

传感器用于测量变频器的输入电流和电压。 传感器单元如图 7 所示。

故障诊断策略

AMD 故障诊断程序如图 8 所示。AMD 从远程计算机接收命令； 如果没有下达新指令，则 AMD 执行例行的在线监控，根据设置的阈值测量实时信号，作为触发异常状态识别的标准。 当中央控制器IC执行异常状态识别程序时，采用复杂的计算策略，将当前获取的数据与先前存储的标准数据进行比较，以确定电梯的状态。 分析结束后，中央控制器IC进入决策阶段，根据电梯的诊断状态决定是否发出报警信号。

用户界面

AMD 用户界面用于在线电梯状态监控和数据分析。 包含被监控电梯的类型、规格、电梯处于故障状态时系统所做的故障记录、一定时间段内的故障率等基本信息，以供统计。 用户界面是用 C 编程语言开发的（图 9）。 它通过GPRS与AMD通信，使工程师和技术人员可以远程设置AMD的一些参数。

实验和数据分析          

实验

已经进行了实验，以验证安装在广州实验室电梯（Gmax 300 型）中的 AMD 的性能。 在图 10 中，AMD 安装在电梯控制柜中的主控制器旁边。 为了测试其监控性能，故意触发电梯故障，通过分析收集到的当前变化数据来查看 AMD 是否会检测到它。

实验结果表明，AMD通过其诊断计算策略能够区分应急电流和检查电流的变化与正常工作电流的变化。 还可以检测停电，并在发生紧急事件时触发警报信号。 从正常到检查的监控状态转换显示了 AMD 捕获的检查状态，检查模式的电流小于正常操作模式的电流（图 11）。

从检查到故障的状态转换如图12所示。故障状态由监控设备检测，用户界面中的信号指示电梯出现故障，报警信号向值班的现场技术人员发出。

应急和检查电流的典型变化是通过 AMD 的电流传感器获得的（分别为图 13 和图 14）。

数据分析

在线监测的统计数据也可用于风险评估。 例如，图 15 中的统计数据涉及故障率，可以计算和比较。 这些数据可从不同的、指定的时间段获得，为电梯风险评估提供了数据基础。

结语

AMD在线监控电梯状态，诊断急停、检修状态、断电等故障。 它有助于现场技术人员找到电梯故障的原因，同时在有人被困时立即向救援队发出警报信号。 AMD还可以通过不断检测表征故障概率的关键参数，在一定程度上避免电梯故障造成的损失。 AMD 的显着优势在于它以主动方式工作——独立于或不受电梯控制系统的影响。 在电梯控制故障的情况下，它保持正常工作。 实验结果验证了器件的预期特性。 然而，要将其广泛应用于在用电梯，还有很多工作要做。 此外，AMD的可靠性和大规模应用问题还需要进一步研究。

致谢

本研发项目得到国家质量监督检验检疫总局科技项目（2011QK321、2012QK065、2010QK080、2012104016）和广东省质量监督检验检疫总局项目（ 2011CT04、2010CT04、2010ZT02）。