电梯运行状态非入侵式智能检测方法研究

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我国是电梯生产和使用大国,随着电梯保有量持续增长,老旧电梯逐年增多,电梯困人故障和安全事故时有发生,严重影响了人民群众生命财产安全和经济社会发展稳定。而现阶段电梯的监管维保模式为定期模式,维保时间间隔相对固定,对于使用频繁的电梯,定期维保的频率低;而对于运行次数少的电梯,定期维保的频率又过高。为此,国务院办公厅下发了“国务院办公厅关于加强电梯质量安全工作的意见”,依法推进按需维保,推广“全包维保”等新模式。电梯按需维保能够针对性、高效率地对电梯进行维护,节省社会资源。推进按需维保,首先要解决的问题是对电梯运行状态的实时监控。目前电梯运行状态的监测主要是通过采集电梯控制芯片的信号实现,对于普通电梯生产厂商、维保公司、和已安装的老旧电梯来说,造价高昂而且需要侵入式的安装,并需要专业技术人员安装,开放性、普适性与技术发展程度不匹配,专用性太强,提高了电梯状态监测技术的普及成本。为此本文提出了一种电梯运行状态非侵入式智能检测方法,对电梯的运行状态、位置和振动状况进行实时监测,并在此基础上设计实现了电梯运行状态非侵入式智能检测系统,该系统安装移动简单方便、即插即用、成本低、普适性强和电梯自身的控制系统完全脱耦,对推进电梯的按需维保有一定现实意义。本文的具体研究内容如下:(1)设计电梯运行过程中加速度和速度估计方法。分析电梯运行的理想状态以及各运行阶段的特征,建立电梯运动状态空间模型,同时将加速度传感器测得的信号分解为竖直和水平方向,并通过使用Weiszfeld算法进行了优化;采用卡尔曼滤波并结合电梯的理想运动特性对电梯加速度与速度特征进行最优估计,针对电梯实际运行环境下的过程噪声以及传感器量测噪声积累的问题,设计加速度传感器自动矫正机制,减缓误差的累积。(2)提出电梯实时运行位置估计方法。通过加速度传感器初始化电梯运行楼层的信息,对气压传感器计算结果进行平滑以减少噪声,结合电梯运动特征进行气压传感器自动矫正;设计结合楼层信息的状态转移函数基于无迹卡尔曼滤波融合加速度传感器和气压传感器信息,对电梯实时位置进行最优化估计。(3)提出在线的电梯振动分析和异常值检测方法。通过记录轿厢的水平振动能量,建立电梯正常运行状态振动基线,使用移动平均数作为收敛判断准则,对基线外的异常值使用内禀特征尺度分解对故障进行确认。对记录的电梯每次运行的质量参数,使用孤立森林算法进行了运行质量异常值检测,计算异常分值,实现对电梯运行状态自动评价。(4)设计并实现电梯状态监测预警原型系统。系统包括监测状态的数据采集装置、数据传输机制、支持并发连接的存储服务端、报警信息、电梯相关统计信息的主动推送和相关的邮件服务、和基于websocket的数据可视化web界面。
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