電梯運行性能在線分析儀的製作方法

2023-04-29 18:55:31

專利名稱：電梯運行性能在線分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電梯技術領域，具體涉及一種電梯運行性能在線分析儀。
背景技術：
電梯是城市中不可缺少的垂直交通工具，隨著經濟社會的發展，電梯的裝備數量與日俱增，目前，我國在用電梯數量已超過150萬臺，成為全球最大的電梯製造基地和電梯市場，且中大城市的電梯裝備數量正以20%的比例逐年遞增。但是，由於電梯頻繁運行，維保單位良莠不齊，再加上電梯逐年「老齡化」，進入故障多發期，屢屢有電梯故障停梯和故障困人事故發生。為了保證電梯的安全使用，我國制定了嚴格的監督管理條例，對電梯的安裝、維修、使用、檢驗及監察等各個環節提出了具體要求。《特種設備安全監察條例》要求電梯的安裝、改造、重大維修過程，必須經國務院特種設備安全監督管理部門核准的檢驗檢測機 構按照安全技術規範的要求進行監督檢驗；電梯使用單位應當按照安全技術規範的定期檢驗要求，在安全檢驗合格有效期(I年)屆滿前I個月向特種設備檢驗檢測機構提出定期檢驗。檢驗工作內容主要是對涉及電梯安全運行的重要指標的當前狀況進行符合性驗證，並不對發現的電梯隱患進行深入的原因分析，因此，其預測、預防電梯事故和潛在故障的作用有限。此外，國家質量監督檢驗檢疫總局也於2009年發布了兩個新標準《電梯、自動扶梯和自動人行道數據監視和記錄規範》及《電梯遠程報警系統》，兩個標準共同規範了電梯運行數據監視、故障遠程報警和救援服務平臺建設，但是對電梯運行監控和報警的要求局限於電梯已經發生故障，其預測、預防作用仍然有限。事實上，通過監測電梯的運行性能，分析電梯運行時的振動和噪聲特徵，對電梯故障的預測、預防具有重要的意義。在電梯安全評價方面，GB/T 20900-2007《電梯、自動扶梯和自動人行道風險評價和降低的方法》將電梯運行加速度和轎箱內噪聲作為引起傷害的重要風險源之一。在電梯乘運質量方面，GB/T 24474-2009《電梯乘運質量測量》將振動和噪聲作為電梯乘運質量的重要評價指標，並明確了振動和噪聲的測量方法。國外已經出現了電梯運行性能測試或者乘運質量測量的專用儀器EVA625，EVA625以8XC52系列微處理器為核心，能夠測量三軸加速度和噪聲，並採用RS232接口與PC機通訊，EVA專用軟體運行於PC機，用於分析電梯運行的振動、噪聲性能。但是，EVA625僅有4通道700秒的數據存儲空間，數據分析也只能在性能測試之後離線進行，這制約了其長時間在線觀測性能和電梯故障預測預警功能。而國內在電梯技術領域總體落後於國際水平，尚未出現電梯運行性能分析方面的儀器。

實用新型內容針對現有技術中存在的上述問題，本實用新型的目的在於設計提供一種採用雙處理器結構、在線分析電梯三軸加速度和噪聲信號的電梯運行性能在線分析儀的技術方案，可實現電梯運行性能在線分析，實現電梯故障預測、預警，並為分析和評價電梯安全提供可靠地量化指標。所述的電梯運行性能在線分析儀，其特徵在於相互配合連接的上位機、下位機構成雙處理器結構；所述上位機由嵌入式工控機、觸控螢幕配合構成；所述下位機包括信號處理模塊，信號處理模塊上連接設置與其雙向數據傳輸連接的信號採集模塊，信號採集模塊上配合設置A/D轉換模塊並與其建立數據發送連接，A/D轉換模塊上連接設置三軸加速度傳感器、聲音傳感器，A/D轉換模塊與信號米集模塊及三軸加速度傳感器、聲音傳感器分別建立數據接收連接；所述的嵌入式工控機和信號處理模塊之間通過USB通訊模塊建立雙向數據傳輸連接。所述的電梯運行性能在線分析儀，其特徵在於所述的信號採集模塊以FPGA為核心，FPGA內部設計時序控制電路、串並轉換電路、FIFO緩存電路，所述的信號處理模塊以DSP為核心，通過EMIF接口與FPGA通訊連接用於下達採集指令，與FIFO緩存電路建立數據傳輸連接用於讀取採樣信號。所述的電梯運行性能在線分析儀，其特徵在於所述的USB通訊模塊以EZ-USB FX2 為核心，符合USB2. O通訊接口規範。所述的電梯運行性能在線分析方法，其特徵在於所述的A/D轉換模塊採用高速、高精度A/D轉換晶片CS5381，轉換精度高達24位，採樣速率高達192kHz。上述的電梯運行性能在線分析儀，構思新穎、結構合理，以電梯三軸加速度和噪聲信號為基礎，可在線分析電梯運行性能，實現電梯故障預測、預警，並為分析和評價電梯安全提供可靠地量化指標，為電梯乘運質量測量和電梯風險評價提供了有效的技術手段，同時採用以上位機實現信號的統計和分析、以下位機實現信號的採集和處理的雙處理器結構，既保證了三軸加速度和噪聲信號的高速、高精度採集和信號預處理，又具有大容量存儲能力和靈活的統計分析功能，且人機界面良好，能適應各種電梯運行性能測試工況，具有良好的現場操作性。

圖I為本實用新型的系統框圖；圖中1 一上位機、101 —觸控螢幕、102 —嵌入式工控機、2 —下位機、201 —信號處理模塊、202 —信號採集模塊、203 - A/D轉換模塊、204 —三軸加速度傳感器、205 —聲音傳感器、3 - USB通訊模塊。
具體實施方式
現結合說明書附圖，詳細說明本實用新型的具體實施方式
電梯運行性能在線分析儀，如圖I所示，相互配合連接的上位機I、下位機2構成本分析儀的雙處理器結構，上位機I、下位機2之間通過USB通訊模塊3建立雙向數據傳輸連接。上位機I由嵌入式工控機102、觸控螢幕101配合構成，嵌入式工控機102為上位機I的主控制器，用戶通過觸控螢幕101進行現場操作，用於實現信號的統計和分析。下位機2包括信號處理模塊201、信號採集模塊202、A/D轉換模塊203及三軸加速度傳感器204、聲音傳感器205，信號處理模塊201為下位機2的主控制器，啟動時完成對各模塊的初始化，運行過程協調各模塊有序運行，實現信號的採集和處理；信號處理模塊201與信號採集模塊202建立雙向數據傳輸連接，A/D轉換模塊203與信號採集模塊202建立數據發送連接，A/D轉換模塊203與信號採集模塊202及三軸加速度傳感器204、聲音傳感器205分別建立數據接收連接；所述的三軸加速度傳感器204採集電梯轎廂在X、Y、Z三個軸向方向的運行加速度，對加速度作積分、微分處理，可以得到電梯的速度、位置和加加速度，可採用低成本、低功耗MEMS加速度傳感器ICS 3022構成，ICS 3022加速度傳感器廣泛應用于振動測量、模態分析等領域，傳感器量程可高達±200g，頻響可高達2000Hz，使用時可根據不同電梯對加速度頻響和量程的實際需要靈活拆卸替換；所述的聲音傳感器205用於採集轎箱內或者井道內的聲音信號，電梯井道內的機械噪聲通常在200Hz以下，普通電容傳聲器的頻響範圍為20Hz-15000Hz，採用普通電容傳聲器就能完全滿足要求；所述的 A/D轉換模塊203可實現三軸加速度和噪聲四通道模擬信號的同步數字轉換，為了提供足夠精確的原始信號，可採用高速、高精度A/D轉換晶片CS5381，其轉換精度高達24位，採樣速率高達192kHz，轉換精度和採樣速率可以通過上位機I配置；所述的信號採集模塊202以FPGA為核心，FPGA內部設計時序控制電路、串並轉換電路、FIFO緩存電路，通過時序控制操作A/D轉換模塊實現四通道同步模數轉換、獲取三軸加速度和噪聲信號，通過串並轉換電路將A/D轉換結果的串行數據轉換為並行數據，並存儲在FIFO緩存中；所述的信號處理模塊201以DSP為核心，通過EMIF接口與FPGA通訊連接用於下達採集指令，讀取A/D轉換結果，對信號進行高通濾波、低通濾波、ISO標準濾波處理，與FIFO緩存電路建立數據傳輸連接用於讀取採樣信號。上位機I的嵌入式工控機102和下位機2的信號處理模塊201之間通過USB通訊模塊3建立雙向數據傳輸連接，所述的USB通訊模塊3以EZ-USB FX2為核心，符合USB2. O通訊接口規範，信號速率高達480Mb/s，下位機2由信號處理模塊201通過USB通訊模塊3向上位機I的嵌入式工控機102流暢傳輸處理後的三軸加速度和噪聲信號,並接收與執行嵌入式工控機102的控制指令。上述實施例中下位機2以信號處理模塊201為主控制器的信號採集、處理過程包括I)由信號處理模塊201在系統啟動時完成A/D轉換模塊203、信號採集模塊202的初始化，在系統運行過程協調各模塊運行，向A/D轉換模塊203下達信號採集指令，向信號採集模塊202下達讀取轉換信號指令和讀取信號，並對所獲得的信號實施高通濾波、低通濾波、ISO標準濾波處理；2)由三軸加速度傳感器204採集電梯轎廂在X、Y、Z三個軸方向的運行加速度，由聲音傳感器205米集電梯轎廂內的噪聲信號；3)A/D轉換模塊203四通道同步採集由三軸加速度傳感器204發送的三軸加速度信號和由聲音傳感器205發送的噪聲信號，並將所採集的四通道的模擬信號同步進行數字轉換；4)信號採集模塊202操作A/D轉換模塊203實現四通道同步模數轉換，從A/D轉換模塊203獲取三軸加速度和噪聲信號，並將串行數據轉換為並行數據，A/D轉換模塊203採用高速、高精度A/D轉換晶片CS5381，轉換精度和採樣速率可通過上位機I配置，轉換精度高達24位，採樣速率高達192kHz ；[0023]在所述的信號採集、處理過程中，信號採集模塊202以FPGA為核心，FPGA內部設計時序控制電路、串並轉換電路、FIFO緩存電路，FPGA通過時序控制操作A/D轉換模塊203實現四通道同步模數轉換、獲取三軸加速度和噪聲信號，通過串並轉換電路將A/D轉換結果的串行數據轉換為並行數據，並暫存於FIFO緩存中供信號處理模塊201讀取；信號處理模塊201以DSP為核心，通過EMIF接口與FPGA為建立通訊連接，下達信號採集指令，讀取A/D轉換結果，對信號進行高通濾波、低通濾波、ISO標準濾波等處理後，通過USB通訊模塊3發送至嵌入式工控機102 ;同時，DSP也是下 位機2的主控制器，系統啟動時，完成A/D、FPGA, USB等模塊的初始化，系統運行過程中，協調各模塊有序運行。上述的電梯運行性能在線分析儀，下位機2以信號處理模塊201為核心實現信號的採集和處理，上位機I以嵌入式工控機102為核心實現信號的統計和分析，既保證了三軸加速度和聲音信號的高速、高精度採集和信號預處理，又具有大容量存儲能力和靈活的統計分析功能，且人機界面良好，能適應各種電梯運行性能測試工況。
權利要求1.電梯運行性能在線分析儀，其特徵在於相互配合連接的上位機(I)、下位機(2)構成雙處理器結構；所述上位機(I)由嵌入式工控機(102)、觸控螢幕(101)配合構成；所述下位機(2)包括信號處理模塊(201)，信號處理模塊(201)上連接設置與其雙向數據傳輸連接的信號採集模塊(202 )，信號採集模塊(202 )上配合設置A/D轉換模塊(203 )並與其建立數據發送連接，A/D轉換模塊(203 )上連接設置三軸加速度傳感器(204 )、聲音傳感器(205 )，A/D轉換模塊(203)與信號採集模塊(202)及三軸加速度傳感器(204)、聲音傳感器(205)分別建立數據接收連接；所述的嵌入式工控機(102)和信號處理模塊(201)之間通過USB通訊模塊(3)建立雙向數據傳輸連接。
2.如權利要求I所述的電梯運行性能在線分析儀，其特徵在於所述的信號採集模塊(202)以FPGA為核心，FPGA內部設計時序控制電路、串並轉換電路、FIFO緩存電路，所述的信號處理模塊(201)以DSP為核心，通過EMIF接口與FPGA通訊連接用於下達採集指令，與FIFO緩存電路建立數據傳輸連接用於讀取採樣信號。
3.如權利要求I所述的電梯運行性能在線分析儀，其特徵在於所述的USB通訊模塊(3)以EZ-USBFX2為核心，符合USB2. O通訊接口規範。
4.如權利要求I所述的電梯運行性能在線分析方法，其特徵在於所述的A/D轉換模塊(203)採用高速、高精度A/D轉換晶片CS5381，轉換精度高達24位，採樣速率高達192kHz。
專利摘要電梯運行性能在線分析儀，屬於電梯運技術領域，其特徵在於上位機、下位機構成雙處理器結構；上位機由嵌入式工控機、觸控螢幕配合構成；下位機的信號處理模塊與信號採集模塊建立雙向數據傳輸連接，信號採集模塊與A/D轉換模塊建立數據發送連接，A/D轉換模塊與信號採集模塊及三軸加速度傳感器、聲音傳感器分別建立數據接收連接；嵌入式工控機和信號處理模塊之間通過USB通訊模塊建立雙向數據傳輸連接。本實用新型以電梯三軸加速度和噪聲信號為基礎在線分析電梯運行性能，為電梯乘運質量測量和電梯風險評價提供了有效的技術手段，同時採用雙處理器結構，既保證高速、高精度的信號採集和預處理，又具有大容量存儲能力和靈活統計分析功能。
文檔編號B66B5/00GK202542613SQ20122009236
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者劉松國, 徐金海, 虞煜磊, 韓樹新 申請人:杭州市特種設備檢測院