一种电梯困人检测系统及其控制方法

1.本发明涉及电梯监控技术领域，尤其涉及一种电梯困人检测系统及其控制方法。


背景技术：

2.现如今，电梯被大量广泛的应用于生产和生活中，电梯的故障和安全隐患愈发引起人们的重视。作为一种特种交通工具，电梯故障造成的死伤概率较低，人们普遍认为乘坐电梯过程中不应该出现人身安全问题，然而社会对电梯安全的容忍度很低，电梯这个生产和生活的“必需品”一旦出现故障甚至危害安全人身的伤亡事件会引来社会广泛关注，甚至演变为重大社会新闻和事件。
3.根据电梯的控制原理，电梯轿厢的轿门进行周而复始地进行开门、关门的周期运动，当轿厢有人的情况下，电梯门完全关闭后，在规定的时间之内必定制动、停车、平层、开门。基于上述控制原理，如果电梯在电梯门关闭、轿厢运行的一定时间内没有发生开门动作，则可认为电梯发生了失效并发生困人事件。电梯困人主要有如下四种状态:(1)电梯在平层位置，轿门在关门到位位置；(2)电梯在平层位置，轿门不在关门到位位置；(3)电梯不在平层位置，轿门在关门到位位置；(4)电梯不在平层位置，轿门不在关门到位位置。据统计，电梯故障最常见以电梯电气故障为主，包括电磁干扰、继电器损坏、安全开关损坏等原因引起的冲顶或蹲底故障，从而造成困人或人身伤亡事件。实际电梯发生的故障随机性很强，很难进行科学的预测和准确的捕捉。
4.针对电梯安全监管，现有96333电梯应急平台等其他平台，都只能解决一部分问题，对于老人、小孩、醉酒人员等，仍然存在监管盲点。对于一些电梯大牌厂家，都有自身的安全监控系统，但这些监控系统只安装在自己生产的电梯上，需要与电梯系统协同运行并进行数据交互，并不对外开放。我国目前电梯厂家有700多家，仅佛山市狮山区就多达40多家，大部分电梯厂家暂时缺乏故障监控手段。据了解，目前市面上还没有出现可以完全适用所有电梯的监控系统。
5.由上可知，现有的电梯困人检测大多依赖于电梯厂商自身的安全监控系统，需要与电梯系统协同运行，影响了电梯困人检测的普适性。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种检测准确、可独立运行的电梯困人检测系统及其控制方法。
7.本发明所采用的第一技术方案是：
8.一种电梯困人检测系统，包括：
9.轿门到位检测模块，所述轿门到位检测模块用于检测电梯轿门是否开关到位；
10.人体感应模块，所述人体感应模块用于检测电梯轿厢内是否存在人体；
11.姿态采集模块，所述姿态采集模块用于采集所述电梯轿厢的实时姿态；
12.控制器，所述轿门到位检测模块的输出端、所述人体感应模块的输出端以及所述
姿态采集模块的输出端均与所述控制器的输入端连接；
13.显示模块，所述控制器的第一输出端与所述显示模块的输入端连接；
14.通信模块，所述控制器通过所述通信模块与云平台通信连接。
15.进一步，所述轿门到位检测模块为行程开关或光电接近开关，所述行程开关或所述光电接近开关设置在所述电梯轿门的顶部。
16.进一步，所述人体感应模块为人体红外感应器，所述人体红外感应器设置在所述电梯轿厢的顶部。
17.进一步，所述姿态采集模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，所述三轴陀螺仪的输出端和所述三轴加速度计的输出端均与所述控制器的输入端连接。
18.进一步，所述通信模块为dtu无线通信模块，所述控制器通过串口通信协议与所述dtu无线通信模块通信连接，所述dtu无线通信模块通过4g或5g网络与所述云平台通信连接。
19.进一步，所述电梯困人检测系统还包括电梯随行电缆，所述轿门到位检测模块的输出端、所述人体感应模块的输出端以及所述姿态采集模块的输出端均通过所述电梯随行电缆连接至所述控制器的输入端。
20.进一步，所述电梯困人检测系统还包括报警模块，所述控制器的第二输出端与所述报警模块的输入端连接。
21.进一步，所述报警模块包括声音警示单元和灯光警示单元，所述声音警示单元的输入端和所述灯光警示单元的输入端均与所述控制器的第二输出端连接。
22.进一步，所述电梯困人检测系统还包括电源模块，所述电源模块用于为所述轿门到位检测模块、所述人体感应模块、所述姿态采集模块、所述控制器、所述显示模块以及所述通信模块提供电能。
23.本发明所采用的第二技术方案是：
24.一种电梯困人检测系统的控制方法，用于通过上述电梯困人检测系统执行，包括以下步骤：
25.通过所述轿门到位检测模块获取所述电梯轿门的轿门状态信息；
26.通过所述人体感应模块获取所述电梯轿厢内的人体感应信息；
27.通过所述姿态采集模块获取所述电梯轿厢的实时姿态信息；
28.通过所述控制器接收所述轿门状态信息、所述人体感应信息以及所述实时姿态信息，当在预设的时长阈值内，所述电梯轿厢内存在人体，且所述电梯轿厢未处于平层状态或所述电梯轿门未处于开门到位状态，通过所述控制器生成电梯困人信息；
29.通过所述显示器显示所述电梯困人信息，并通过所述通信模块将所述电梯困人信息发送至所述云平台。
30.本发明的有益效果是：本发明提供了一种电梯困人检测系统及其控制方法，通过轿门到位检测模块检测电梯轿是否开关到位，通过人体感应模块检测电梯轿厢内是否存在人体，通过姿态采集模块采集电梯轿厢的实时姿态，当在预设的时长阈值内，电梯轿厢内存在人体，且电梯轿厢未处于平层状态或电梯轿门未处于开门到位状态，通过控制器生成电梯困人信息，通过显示器显示电梯困人信息，并通过通信模块将电梯困人信息发送至云平台。本发明的电梯困人检测系统可作为第三方监控系统独立运行，无需与电梯系统协同运
行或进行数据交互，可适用于市面上的大多数电梯，检测准确、可靠性高，有效提高了电梯困人检测的普适性，降低了电梯困人的危害。
附图说明
31.图1为本发明实施例提供的一种电梯困人检测系统的结构示意图；
32.图2为本发明实施例提供的一种电梯困人检测系统的云组网示意图；
33.图3为本发明实施例提供的一种电梯困人检测系统的控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
35.在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。
36.参照图1，本发明实施例提供了一种电梯困人检测系统，包括：
37.轿门到位检测模块，轿门到位检测模块用于检测电梯轿门是否开关到位；
38.人体感应模块，人体感应模块用于检测电梯轿厢内是否存在人体；
39.姿态采集模块，姿态采集模块用于采集电梯轿厢的实时姿态；
40.控制器，轿门到位检测模块的输出端、人体感应模块的输出端以及姿态采集模块的输出端均与控制器的输入端连接；
41.显示模块，控制器的第一输出端与显示模块的输入端连接；
42.通信模块，控制器通过通信模块与云平台通信连接。
43.本发明实施例通过轿门到位检测模块检测电梯轿是否开关到位，通过人体感应模块检测电梯轿厢内是否存在人体，通过姿态采集模块采集电梯轿厢的实时姿态，当在预设的时长阈值内，电梯轿厢内存在人体，且电梯轿厢未处于平层状态或电梯轿门未处于开门到位状态，通过控制器生成电梯困人信息，通过显示器显示电梯困人信息，并通过通信模块将电梯困人信息发送至云平台。本发明的电梯困人检测系统可作为第三方监控系统独立运行，无需与电梯系统协同运行或进行数据交互，可适用于市面上的大多数电梯，检测准确、可靠性高，有效提高了电梯困人检测的普适性，降低了电梯困人的危害。
44.可选地，本发明实施例的控制器采用hc10型plc控制器。plc控制器是用于工业生产控制而设计的数字运算操作的电子设备，它具有高可靠性、控制功能强大、编程方便的特点，特别适用于工业现场控制。hc10型是国产plc控制器的一种，其智能控制具有指令丰富、高速信号处理能力强、运算速度快的特点，在不需外扩存储设备允许的情况下用户程序容量可达16k，且使用成本不高。hc10自带rs485、rs422和can多种通讯接口，支持modbus等多种通讯协议，便于与变频器、触摸屏和上位机系统联机和组网控制。
45.依据我国《gb7588-2003电梯制造与安装安全规范》中关于“电动机运转时间限制
器应在不大于45秒时间值起作用”的安全规范，将电梯一个运行周期最大值约定为45秒。当电梯关门，运行接触器开始吸合运行后，经过最大运行周期45秒，再加正常开关时间10秒，安全保护时间5秒，一共60秒时间最为电梯困人的最长时间点。因此，本发明实施例将电梯困人的时长阈值设置为60秒，在60秒内，若电梯轿厢内存在人体，且系统没有收到轿厢处于平层的信号或者轿门开门到位的信号，即判断为电梯发生困人故障。
46.进一步作为可选的实施方式，轿门到位检测模块为行程开关或光电接近开关，行程开关或光电接近开关设置在电梯轿门的顶部。
47.具体地，轿门到位检测模块用于检测轿门是否开关到位，可在轿门顶部的滑轨处设置行程开关或光电接近开关来检测电梯轿门的开关状态。
48.进一步作为可选的实施方式，人体感应模块为人体红外感应器，人体红外感应器设置在电梯轿厢的顶部。
49.具体地，人体感应传感器采用k616型弱电人体红外感应器，具备干簧管无源输出功能，实现全自动人体感应，安装在电梯轿厢顶部，具备120
°
感应角度，当轿厢内有乘梯人员时，感应器自动亮灯，并将人体感应信号输出到控制器。
50.参照图1，进一步作为可选的实施方式，姿态采集模块包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，三轴陀螺仪的输出端和三轴加速度计的输出端均与控制器的输入端连接。
51.具体地，姿态采集模块采用wt901c型六轴姿态传感器，其内部集成了姿态解算器和动态卡尔曼滤波算法，能够在动态环境下准确输出模块的当前姿态，具有三轴陀螺仪、三轴加速度计等传感模块，支持485电平的modbus标准通信协议，安装在电梯轿厢内随其运动，获得的姿态感应信号输出到控制器。
52.可以理解的是，传感器在选型时主要考虑两方面的因素：1)通信协议的统一性。为了方便组网、降低组网难度，通信协议统一采用modbus协议。modbus是一种串行通信协议，由于它的标准以及开放性，使得不同厂商的控制器与传感器相互之间的通信建立起来十分方便，只要两台设备之间是采用modbus协议的主从关系，并连接到相同网络即可实现通信。2)设备工作电压的统一性。所有参与组网的传感器及控制器的工作电压均符合宽电压的要求，电压区间取3～36v之间，考虑到轿厢轿顶和电梯机房具备24v电源，直接引用该电源减少了额外增加电源的施工工作量和设备成本。
53.进一步作为可选的实施方式，通信模块为dtu无线通信模块，控制器通过串口通信协议与dtu无线通信模块通信连接，dtu无线通信模块通过4g或5g网络与云平台通信连接。
54.具体地，考虑到电梯分布广而分散的特点，为了减少网络运行成本和提高网络可靠性，本系统外网采用g780 dtu、内网采用无线串口服务器的方式实现无线网络数据传输，两种设备均支持宽电压输入。其中该型dtu支持全网通、工业级设计，可实现方便的实现云端数据中转的功能，具备通过rs232/485转运营商网络提供数据传输通道，通过该型设备dtu配套的云服务平台实现软硬一体化系统集成方案，在微机系统与现场电梯之间建立基于modbus协议的rs485透传接口网络。
55.本系统需要实时采集电梯的运行数据，需要在电梯轿厢内安装人体感应传感器和姿态采集模块，并在轿门处安装轿门到位开关，并需要在电梯机房安装plc控制器及数据传送设备dtu。由于电梯属于特种交通，对安全性要求十分苛刻，本系统加装的相关设备需要尽量避开与现有对电梯控制系统产生信号交叉，并避免增加电梯的定期维护和保养工作
量，因此，本系统所有电气和控制设备都采用与现有电梯运行控制系统无关的第三方独立的供电系统和信息传送系统，即轿厢内的传感器和轿门到位开关均通过一根独立的电梯随行电缆与电梯机房内的电源和控制器进行单独连接，为其提供供电单元和信息传送服务。
56.电梯的分布虽然很分散，但有一个共同的特点是居民较多。由于近些年来运营商4g和5g互联网服务已经深入千家万户，为了减少本系统的网络实施成本、运行使用成本以及系统的维护工作量，提高系统的普及应用的方便性和可行性，因此本系统借助工业互联网来搭建上位机与现场电梯各类工业传感器之间的数据传送平台。
57.将工业互联网络引入到本项目会面临着网络地址空间、网络性能、运营成本、网络安全挑战等系列问题。现有的dtu数据传送节点通常有两种通信方式，方式一是分散的dtu集中向互联网中指定的某个固定ip地址(internet protocol address)和端口推送数据；方式二是分散的dtu现将数据传送到安全措施完善的公有云平台，公有云平台在建立完善的用户管理和虚拟资源管理功能的情况下将数据实时转发到云平台用户配置的接入互联网服务的某个主机及其指定的虚拟端口上，而且这类公有平云台通常是dtu厂商免费配套提供，运营使用成本极低。由于本系统需要采集的电梯运行数据没有诸如图像或图片的庞大数据，仅仅是动态运行数据集，较低的网络传送性能即可满足核心的数据传送要求。为此，本系统采用方式二来建立数据传输通道，这种方式在保障数据安全的情况下大大节省了网络地址空间、网络运行成本，同时还增加了系统部署的灵活性和系统推广普及的方便性。如图2所示为本发明实施例提供的一种电梯困人检测系统的云组网示意图。
58.为了更好进行统一的网络管理，本系统采用的传感器或plc控制均采用支持485modbus协议的底层感知设备，这些感知设备将原始感知数据首先通过485modbus协议传送给dtu，dtu通过4g或5g网络将数据推送到公有云平台，公有云平台在授权的情况下将数据下发到指定的pc机及其虚拟的串口，最后由组态软件将原始数据无差别的通过485modbus协议将数据包接受并解析出来。
59.由于被监测电梯与上位机系统之间均存在数据传输距离，借助dtu配套的公有云，将无设备dtu和其接收到的数据在公有云上建立虚拟设备对象和数据属性，即进行设备和数据上云操作，完成终端到dtu、dtu及其数据上云后，通过vcom工具将云上的设备及其数据接收下来并将其模拟为虚拟的485串口，其中终端到dtu和虚拟串口到上位机均采用同样的modbus通信协议，从而建立终端串口设备与上位机系统电脑端双向modbus协议的数据透传通道，这样就实现了以运营商的4g/5g公有互联网为基础的低成本、远距离的工业现场数据传输通信。
60.进一步作为可选的实施方式，电梯困人检测系统还包括电梯随行电缆，轿门到位检测模块的输出端、人体感应模块的输出端以及姿态采集模块的输出端均通过电梯随行电缆连接至控制器的输入端。
61.参照图1，进一步作为可选的实施方式，电梯困人检测系统还包括报警模块，控制器的第二输出端与报警模块的输入端连接。
62.参照图1，进一步作为可选的实施方式，报警模块包括声音警示单元和灯光警示单元，声音警示单元的输入端和灯光警示单元的输入端均与控制器的第二输出端连接。
63.具体地，本发明实施例通过声音警示单元和灯光警示单元发出双重警示来提醒监控人员发生电梯困人事故，便于及时开展救援，一定程度上降低了电梯困人的危害。
64.进一步作为可选的实施方式，电梯困人检测系统还包括电源模块，电源模块用于为轿门到位检测模块、人体感应模块、姿态采集模块、控制器、显示模块以及通信模块提供电能。
65.电梯运行过程中典型的故障和困人场景有多种情况，其中电梯典型故障包括非正常加速、非正常减速、非正常停靠、计划外停电、非正常开关门、照明失效、光幕失效、运行中门锁断开等，困人场景包括平层困人和非平层困人两种。本发明实施例可通过远程数据采集系统和工业互联网技术，将电梯运行动态数据通过工业互联网传送至指定的上位机系统，实现数据集中的情况下，通过分析算法判断电梯是否发生困人事故。
66.力控组态软件是国内较早研发出来的组态软件之一，基于windows操作系统相机推出了很多版本，其中最新推出的v7.2 sp2版本是根据当前两化融合(工业化与信息化融合)日益深化的发展趋势面向工业组态监控领域推出的一款全新版本，全面支持微软32/64位windows主流平台，该版本以分布式实时数据库技术作为内核，在功能在易用性、兼容性、开放性和i/o驱动数量通等方面获得较大提升，面向人机界面/监视控制和数据采集需求力控组态成为一套易学易用的远程数据采集和监控的研发工具。为提高软件开发效率、系统兼容性及稳定性，本系统采用力控组态软件来实现上位机系统对现场数据的采集、分析和呈现。
67.实时数据库是组态软件的核心，在力控监控组态软件中实时数据库更是一个分布式的数据库系统，是实现上位机数据链接、数据交换和数据分析处理的基础，其将点作为数据库的基本数据对象，确定数据库结构，分配数据库空间，并以树型结构组织点，对点“参数”进行管理。
68.在进行io设备组态后，即可将现实世界中有形的设备转变为上位机虚拟软件世界中无形的io设备对象，通过建立实时数据库将对现实世界中设备的各项属性转化为虚拟世界中组态软件能够处理的模拟io点对象，为上位机系统具体的数据处理、数据存储、数据统计分析、报警处理、数据服务等建立了运算基础。组态软件系统采集到的数据，能够通过力控组态软件平台自带的dataserver服务将获得的数据向其他系统推送数据，譬如通过该接口向电梯维保系统推送困人指令，方便其及时发起困人救援工单。
69.以上是对本发明实施例的系统结构进行了说明，下面对本发明实施例的控制方法进行说明。
70.参照图3，本发明实施例提供了一种电梯困人检测系统的控制方法，用于通过上述电梯困人检测系统执行，包括以下步骤：
71.s101、通过轿门到位检测模块获取电梯轿门的轿门状态信息；
72.s102、通过人体感应模块获取电梯轿厢内的人体感应信息；
73.s103、通过姿态采集模块获取电梯轿厢的实时姿态信息；
74.s104、通过控制器接收轿门状态信息、人体感应信息以及实时姿态信息，当在预设的时长阈值内，电梯轿厢内存在人体，且电梯轿厢未处于平层状态或电梯轿门未处于开门到位状态，通过控制器生成电梯困人信息；
75.s105、通过显示器显示电梯困人信息，并通过通信模块将电梯困人信息发送至云平台。
76.具体地，通过轿门到位检测模块检测电梯轿是否开关到位，通过人体感应模块检
测电梯轿厢内是否存在人体，通过姿态采集模块采集电梯轿厢的实时姿态，当在预设的时长阈值内，电梯轿厢内存在人体，且电梯轿厢未处于平层状态或电梯轿门未处于开门到位状态，通过控制器生成电梯困人信息，通过显示器显示电梯困人信息，并通过通信模块将电梯困人信息发送至云平台。本发明的电梯困人检测系统可作为第三方监控系统独立运行，无需与电梯系统协同运行或进行数据交互，可适用于市面上的大多数电梯，检测准确、可靠性高，有效提高了电梯困人检测的普适性，降低了电梯困人的危害。
77.可以理解的是，上述系统实施例中的内容均适用于本方法实施例中，本方法实施例所具体实现的功能与上述系统实施例相同，并且达到的有益效果与上述系统实施例所达到的有益效果也相同。
78.应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。上述方法可以使用标准编程技术—包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
79.此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。上述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
80.进一步，上述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所描述步骤的指令或程序时，本文所描述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所描述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
81.计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所描述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
82.以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。