一种基于物联网的电梯能耗在线监测系统的制作方法

本发明涉及电梯节能检测领域，更具体地说，是涉及一种基于物联网的电梯能耗在线监测系统。

背景技术：

在能源与生态危机日益严重的背景下，节能减排已经得到了世界各国的广泛重视。统计数据显示，我国电梯能耗占建筑能耗的7％-10％以上，电梯能耗水平不容忽视。据此，国家质量技术监督检验检疫总局制订的《高耗能特种设备节能监督管理办法》中明确将电梯与锅炉、换热压力容器并列为三大高耗能特种设备。电梯节能工作的开展对于我国节能减排目标的实现具有重要意义，也越来越受到国家政策的重视。

我国目前在用电梯已经超过400万台，其中有相对比例的电梯使用年限较长，能耗问题较为严重。据中国电梯协会分析，由于房地产业、城市公共建设等产业发展迅速，预计未来10年，我国的电梯市场仍将保持每年20％的递增速度，我国将成为世界最大的新装电梯市场。用发展的思路可以预测，未来我国每年将有大批电梯不断进入老化期，引起能耗问题的不断增加。电梯节能工作的开展将是长期、动态的过程。对电梯实施节能审查和监管，采取有效措施降低能耗，是非常必要的。在目前电梯数量庞大、维护管理人手紧缺的状态下，要达到对电梯的节能检测及诊断处理基本不可能。此外，电梯能耗异常也往往是电梯故障的前兆。因此，开发电梯能耗在线检测系统，十分必要。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种基于物联网的电梯能耗在线监测系统，促进节能减排工作、提高电梯节能监管水平、提升检验检测行业的核心技术，实现基于物联网的电梯运行能耗信息(包括电压、电流和能耗等)的实时采集、存储、处理和传输，集电梯管理、电梯能耗检测、异常报警和数据分析于一体。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于物联网的电梯能耗在线监测系统，包括电梯能耗检测端、能耗检测系统服务端、能耗检测系统客户端，所述电梯能耗检测端包括若干个，分别设于各个需要节能监测的电梯系统中；

所述电梯能耗检测端用于采集电梯电流、电压波形，进行特征提取，得到电梯运行能耗状态信息数据；

所述能耗检测系统服务端用于对电梯运行能耗状态信息数据进行分析处理；

所述能耗检测系统客户端，用于供用户实现系统管理、维护，查询电梯的实时能耗状态。

作为优选的，电梯能耗检测端包括传感单元、处理单元和通信单元；

所述传感单元包括若干个电压传感器和电流传感器，用于采集电梯主电路的电流、电压传感信号；

所述处理单元包括传感信号采集电路、ARM处理器，用于对数据进行计算、信号处理、存储和监测；

所述通信单元用于将监测数据发送到能耗检测系统服务端。

作为优选的，所述电压传感器和电流传感器分别选用电压互感器和电流互感器。

作为优选的，所述传感信号采集电路包括电流、电压传感信号采集主芯片和电流、电压传感信号能耗计算主芯片和数字信号隔离电路；

所述电流、电压传感信号能耗计算主芯片包括串行接口、二阶Σ-Δ模数转换电路、数字积分电路、ADC基准源电路信号处理电路；所述串行接口包括IIC、SPI、HSDC；

所述数字信号隔离电路采用磁耦隔离型的数字信号隔离电路。

作为优选的，还包括系统网络服务端，所述系统网络服务端包括数据采集服务器、数据库服务器和数据交互服务器；

所述数据交互服务器用于实现电梯能耗检测端、能耗检测系统服务端和能耗检测系统客户端间的数据交换；

所述数据采集服务器包括第一端口和第二端口，所述第一端口与电梯耗能检测端连接，并将采集到的能耗状态信息数据传送到该端口，将接收到的数据经过转换后存入数据库服务器；所述第二端口与能耗监测系统客户端建立tcp/ip连接，用于接收能耗检测系统客户端发送的数据请求，将指定电梯的实时数据传送到请求客户端；

所述数据库服务器用于为客户应用提供如查询、更新、事务管理、索引、高速缓存、查询优化、安全及多用户存取控制服务；一方面数据采集服务器通过图形化的编程软件提供结构化查询数据库API接口将采集的数据存入数据库，另一方面处理客户端的数据查询或数据操纵的请求，如账户信息，电梯信息，采样数据。

作为优选的，所述能耗检测系统服务端包括智能能耗统计模块、智能能耗分析模块和智能能耗异常报警模块；

所述智能能耗统计模块用于按指定的时间段对采集的能耗状态信息数据进行统计，并绘制图形；

所述智能能耗分析模块包括同工况比较分析单元、同周期比较分析单元，所述同工况比较分析单元用于按时间周期T比较指定两台电梯指定时间内的总能耗并生成图形，所述同周期比较分析单元用于较同一台电梯指定时间段内相邻两周的能耗差，并生成能耗差值曲线；

所述智能能耗异常报警模块用于按照时间间隔，比较每次相邻时间间隔的能耗差值，若差值大于设定的容忍偏差值或该段间隔时间内能耗大于正常值则报警。

作为优选的，所述能耗检测系统客户端包括：

实时监控模块，用于同步显示在线电梯，显示所选电梯实时电流、电压、能耗，实时报警；

历史数据模块，用于查询选定电梯的历史数据，并对故障信息进行筛选、统计；

历史图表模块，按时间段生成选定电梯的能耗历史图表；

节能分析模块，用于同工况比较时对不同电梯在相同时间段内进行能耗比较、同周期比较时对某一电梯指定时间段内相邻周能耗差比较；

电梯管理模块，用于对监控的电梯进行登记和管理，并可进行报警参数设置。

作为优选的，所述能耗检测系统服务端还包括短信服务模块，用于将能耗信息以短信方式发送到指定人员。

作为优选的，所述电梯主电路电流实时波形通过图形化的编程软件采集。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的一种基于物联网的电梯能耗在线监测系统，促进节能减排工作、提高电梯节能监管水平、提升检验检测行业的核心技术，实现基于物联网的电梯运行能耗信息(包括电压、电流和能耗等)的实时采集、存储、处理和传输，集电梯管理、电梯能耗检测、异常报警和数据分析于一体；研究智能化电梯节能判断模型，综合考虑电梯型号、运行工况和一定运行周期特征，对电梯能效数据进行多参数综合对比、监测和故障预警。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明的同工况比较分析的流程图；

图3是本发明的同周期比较分析的流程图；

图4是本发明的异常报警模块的数据处理流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

一种基于物联网的电梯能耗在线监测系统，包括电梯能耗检测端、能耗检测系统服务端、能耗检测系统客户端，所述电梯能耗检测端包括若干个，分别设于各个需要节能监测的电梯系统中；

所述电梯能耗检测端用于采集电梯电流、电压波形，进行特征提取，得到电梯运行能耗状态信息数据；

所述能耗检测系统服务端用于对电梯运行能耗状态信息数据进行分析处理；

所述能耗检测系统客户端，用于供用户实现系统管理、维护，查询电梯的实时能耗状态。

在本实施例中，电梯能耗检测端包括传感单元、处理单元和通信单元；

所述传感单元包括若干电压传感器和电流传感器，用于采集电梯主电路的电流、电压传感信号；

本实施例中所述电压传感器和电流传感器分别选用电压互感器和电流互感器。

选择何种类型的传感器，主要按以下思路考虑:(1)是否需要测量直流如果是,则互感器不合适；(2)是否不宜改变主电路的形式如果是,则分流器或采样电阻不合适；(3)是否对价格不敏感，如果是,可以优先考虑分流器和互感器；(4)是否要求隔离且对精度有较高要求分流器也可以通过光耦或隔离放大器进行隔离,但隔离后,带宽下降,精度降低,成本增加；(5)是否对测量环节的插入损耗有严格限制如果是,则分流器不合适。结合电梯主电路电流信号的特点，本实施例中选用电流互感器，电流传感器选型要求：量程：20A；输出电流：10mA；外形：穿心式；选用LXLT型电流互感器。能有效抑制电快速瞬变脉冲群信号干扰，原、副边绕组之间及绕组与屏蔽之间可靠绝缘；线形良好：5％-120％(甚至更大范围)之间误差非线形度不大于0.1％；

在本实施例中，所述电梯主电路电流实时波形通过图形化的编程软件采集。

所述处理单元包括传感信号采集电路、ARM处理器，用于对数据进行计算、信号处理、存储和监测；

所述通信单元用于将监测数据发送到能耗检测系统服务端。

作为优选的，所述传感信号采集电路包括电流、电压传感信号采集主芯片和电流、电压传感信号能耗计算主芯片和数字信号隔离电路；

所述电流、电压传感信号能耗计算主芯片包括串行接口、二阶Σ-Δ模数转换电路、数字积分电路、ADC基准源电路信号处理电路；所述串行接口包括IIC、SPI、HSDC；数字信号处理器进行(基本和谐波)有功、无功和视在电能计量、基波有功和无功电能计量和RMS计算；同时，提供系统校准功能，包括有效值偏移校正、相位校准和增益校准等。

在本实施例中，所述ARM处理器采用意法半导体公司(ST)的STM32系列STM32103RC，它基于Cortex-M3内核，结合了执行Thumb-2指令的32位哈佛微体系结构和系统外设，主频可达72MHz，并可达到1.2DMIPS/MHz的处理速度，内置高速存储器(高达128K字节的Flash和20K字节的SRAM)。它包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器、1个PWM定时器、2个I2C、2个SPI、3个USART、1个USB和1个CAN等。此处理器的高集成度大大简化了外围电路，从而增强了系统的可靠性和扩展性，降低了监测系统的成本。

STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。STM32F103属于“增强型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。

传感信号采集后以数字信号的形式输出，如直接接到ARM处理器，可能会带来共模干扰；所述数字信号隔离电路采用磁耦隔离型的数字信号隔离电路。

作为优选的，还包括系统网络服务端，所述系统网络服务端包括数据采集服务器、数据库服务器和数据交互服务器；以实现数据收发、数据库存储、数据同步与转发。

所述数据交互服务器用于实现电梯能耗检测端、能耗检测系统服务端和能耗检测系统客户端间的数据交换；

所述数据采集服务器包括第一端口和第二端口，所述第一端口与电梯耗能检测端连接，并将采集到的能耗状态信息数据传送到该端口，将接收到的数据经过转换后存入数据库服务器；所述第二端口与能耗监测系统客户端建立tcp/ip连接，用于接收能耗检测系统客户端发送的数据请求，将指定电梯的实时数据传送到请求客户端；

所述数据库服务器用于为客户应用提供如查询、更新、事务管理、索引、高速缓存、查询优化、安全及多用户存取控制等服务；一方面数据采集服务器通过图形化的编程软件提供结构化查询语言数据库API接口将采集的数据存入数据库，另一方面处理客户端的数据查询或数据操纵的请求，如账户信息，电梯信息，采样数据等。

作为优选的，所述能耗检测系统服务端包括智能能耗统计模块、智能能耗分析模块和智能能耗异常报警模块；

所述智能能耗统计模块用于按指定的时间段对采集的能耗状态信息数据进行统计，并绘制图形；

所述智能能耗分析模块包括同工况比较分析单元、同周期比较分析单元，所述同工况比较分析单元用于按周比较指定两台电梯指定时间内的总能耗并生成图形，其分析流程如图2所示，查询到相应电梯数据后，将能耗数据与时间捆绑形成时间、能耗簇数组，按周进行统计，相邻两周能耗值相减得到能耗差值数组，按XY图显示。所述同周期比较分析单元用于较同一台电梯指定时间段内相邻两周的能耗差，并生成能耗差值曲线；具体如图3所述，将两台电梯的数据与时间捆绑，形成时间、能耗簇数组，并分别按周进行统计后共同组成二维簇数据，按XY图形显示。

所述智能能耗异常报警模块用于按照时间间隔，比较每次相邻时间间隔的能耗差值，若差值大于设定的容忍偏差值或该段间隔时间内能耗大于正常值则报警。如图4所示，按照设定时间间隔，如10分钟，每10分钟时间到，计算此次10分钟能耗与上次10分钟能耗的差值，即图中S^～＝S2-S1，若差值大于设定的容忍偏差值或此次10分钟能耗大于正常值则报警。

作为优选的，所述能耗检测系统客户端包括：

实时监控模块，用于同步显示在线电梯，显示所选电梯实时电流、电压、能耗，实时报警；

历史数据模块，用于查询选定电梯的历史数据，并对故障信息进行筛选、统计；

历史图表模块，按时间段生成选定电梯的能耗历史图表；

节能分析模块，用于对不同电梯在相同时间段内进行能耗比较(同工况比较)；对某一电梯指定时间段内相邻周能耗差比较(同周期比较)；

电梯管理模块，用于对监控的电梯进行登记和管理，并可进行报警参数设置。

作为优选的，所述能耗检测系统服务端还包括短信服务模块，用于将能耗信息以短信方式发送到指定人员，以便于迅速做出反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的一种基于物联网的电梯能耗在线监测系统，促进节能减排工作、提高电梯节能监管水平、提升检验检测行业的核心技术，实现基于物联网的电梯运行能耗信息(包括电压、电流和能耗等)的实时采集、存储、处理和传输，集电梯管理、电梯能耗检测、异常报警和数据分析于一体；研究智能化电梯节能判断模型，综合考虑电梯型号、运行工况和一定运行周期特征，对电梯能效数据进行多参数综合对比、监测和故障预警。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。