本發(fā)明涉及智能電梯控制，尤其涉及一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、電梯是人們在樓宇中垂直走動最主要的搭乘工具，電梯系統(tǒng)的廣泛使用，給人們帶來了諸多的便利和效益.隨著社會的發(fā)展，帶電梯建筑物越來越普及，因此，電梯的安全、節(jié)能、環(huán)保等諸多相關問題也受到的越來越多的重視。目前全國的大多數(shù)在用的電梯在安全管理及智能化方面并沒有太多的措施，對于人員的出入和使用電梯權限的管理還存在空白。傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)存在以下缺陷：

2、機械監(jiān)測與電氣控制采用獨立子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)融合度低，且還存在著響應滯后的問題，如故障診斷依賴閾值報警，無法預判潛在風險，在電梯系統(tǒng)日常運維的過程中，也存在低效的情況，人工巡檢周期長，無法實時掌握鋼絲繩磨損等隱蔽缺陷。

技術實現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術問題

2、針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明通過機電深度耦合與分層協(xié)同計算，有效克服上述技術瓶頸。

3、(二)技術方案

4、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，包括多模態(tài)傳感融合系統(tǒng)、邊緣計算控制中樞及云端智能決策平臺；

5、所述多模態(tài)傳感融合系統(tǒng)包括部署于電梯關鍵部件的電磁場傳感器陣列、機械振動傳感網(wǎng)絡和溫度場監(jiān)測模塊，各傳感器數(shù)據(jù)通過ethercat總線實時傳輸至邊緣計算控制中樞；

6、所述邊緣計算控制中樞包含硬件加速信號處理器、實時控制邏輯單元及安全通信接口，其通過所述硬件加速信號處理器解析多模態(tài)傳感數(shù)據(jù)，生成時頻域融合特征向量，并通過安全通信接口與云端智能決策平臺建立雙向加密數(shù)據(jù)鏈路；

7、所述云端智能決策平臺包含數(shù)字孿生仿真引擎、深度學習模型庫和動態(tài)參數(shù)優(yōu)化模塊，其接收邊緣計算控制中樞上傳的融合特征向量，通過數(shù)字孿生仿真引擎進行設備狀態(tài)映射，并基于深度學習模型庫生成控制參數(shù)優(yōu)化指令回傳至邊緣計算控制中樞參數(shù)；

8、由所述多物理場感知系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)ethercat總線傳輸至邊緣控制中樞，所述邊緣控制中樞與云端決策平臺間建立雙向數(shù)據(jù)鏈路，形成感知決策執(zhí)行閉環(huán)回路。

9、作為優(yōu)選方案，由所述多模態(tài)傳感融合系統(tǒng)、邊緣計算控制中樞及云端智能決策平臺構成的一體化控制系統(tǒng)包括物理層傳感、邊緣層解析、云端決策、邊緣執(zhí)行的閉環(huán)控制架構，其中：

10、電磁場傳感器陣列以120°間隔嵌入曳引機定子槽底部，實時監(jiān)測三相電流諧波分量；機械振動傳感網(wǎng)絡包含安裝于轎頂?shù)牧Smems慣性單元和導靴側壁的聲發(fā)射傳感器，采樣率不低于50khz；溫度場監(jiān)測模塊采用紅外熱像儀與光纖光柵陣列融合測溫，空間分辨率達0.1℃/像素；硬件加速信號處理器集成fpga實現(xiàn)的并行fir濾波器和快速傅里葉變換核；動態(tài)參數(shù)優(yōu)化模塊采用強化學習算法在線調(diào)整pid控制系數(shù)。

11、作為優(yōu)選方案，所述控制系統(tǒng)運行方法包括：

12、a1、多模態(tài)傳感數(shù)據(jù)經(jīng)ethercat總線傳輸至邊緣計算控制中樞，由硬件加速信號處理器完成信號去噪、時頻變換及特征融合；

13、a2、融合特征向量通過5g邊緣網(wǎng)關上傳至云端智能決策平臺，觸發(fā)數(shù)字孿生仿真引擎的實時工況推演；

14、a3、云端智能決策平臺調(diào)用深度學習模型庫生成控制參數(shù)優(yōu)化矩陣，經(jīng)動態(tài)參數(shù)優(yōu)化模塊驗證后下發(fā)至邊緣計算控制中樞；

15、a4、邊緣計算控制中樞的實時控制邏輯單元根據(jù)優(yōu)化參數(shù)調(diào)整變頻器pwm頻率及制動器開合時序，形成閉環(huán)控制。

16、作為優(yōu)選方案，所述電磁場傳感器陣列包含：

17、三組正交布置的tmr磁阻傳感器，安裝于曳引機定子齒部，檢測氣隙磁場畸變；

18、羅氏線圈電流傳感器，環(huán)繞電機動力電纜，帶寬覆蓋0-10mhz。

19、作為優(yōu)選方案，所述機械振動傳感網(wǎng)絡包含：

20、轎頂安裝的三軸加速度計，其x/y/z軸分別對應電梯轎廂的垂直升降方向、前后擺動方向及左右偏轉方向，用于實時捕獲轎廂異常振動模態(tài)；

21、導靴側壁的聲發(fā)射傳感器，其壓電陶瓷探頭通過環(huán)氧樹脂膠固定于導靴摩擦面v型槽底部，專門檢測導軌接觸面微觀裂紋擴展產(chǎn)生的應力波。

22、作為優(yōu)選方案，所述邊緣計算控制中樞的實時控制邏輯單元包含：

23、多目標優(yōu)化模塊，基于nsga-ii算法平衡電梯運行效率與能耗；

24、故障注入仿真模塊，在fpga內(nèi)模擬短路、過載等異常工況；

25、動態(tài)重構安全模塊，采用雙can總線冗余架構，切換時間≤5ms。

26、作為優(yōu)選方案，所述雙向加密數(shù)據(jù)鏈路采用分層傳輸協(xié)議，底層使用aes-256加密的modbus?tcp協(xié)議傳輸實時控制指令；上層通過mqtt協(xié)議傳輸設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包附加區(qū)塊鏈哈希值校驗。

27、作為優(yōu)選方案，所述數(shù)字孿生仿真引擎包含：

28、多體動力學模型，精確模擬鋼絲繩-滑輪接觸非線性振動；

29、電磁場有限元模型，計算定轉子偏心導致的電磁力波動；

30、所述模型與物理系統(tǒng)實現(xiàn)μs級時間同步，仿真誤差≤2％。

31、作為優(yōu)選方案，所述深度學習模型庫包含：

32、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，處理紅外熱像圖的局部過熱區(qū)域檢測；

33、時序預測網(wǎng)絡，基于lstm預測軸承剩余使用壽命；

34、所述模型采用知識蒸餾技術壓縮至原體積的1/5，部署于邊緣計算控制中樞。

35、作為優(yōu)選方案，所述控制系統(tǒng)還包括：應急容錯子系統(tǒng)，當檢測到通信中斷時，自動切換至本地緩存的控制策略庫，其策略庫存儲最近24小時優(yōu)化參數(shù)的歷史均值及3σ安全邊界。

36、(三)有益效果

37、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，具備以下有益效果：

38、本發(fā)明系統(tǒng)包含多模態(tài)傳感融合系統(tǒng)、邊緣計算控制中樞及云端智能決策平臺。多模態(tài)傳感系統(tǒng)通過高精度電磁場傳感器、振動傳感網(wǎng)絡及紅外-光纖融合測溫模塊實時采集電梯物理狀態(tài)數(shù)據(jù)；邊緣計算中樞采用fpga加速的信號處理器實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)特征融合，并通過加密數(shù)據(jù)鏈路上傳至云端平臺；云端數(shù)字孿生引擎構建多體動力學與電磁場耦合模型，結合深度學習算法生成優(yōu)化控制指令反饋至邊緣層執(zhí)行。系統(tǒng)創(chuàng)新性提出“傳感-邊緣-云端”三級協(xié)同架構，實現(xiàn)電梯運行狀態(tài)的毫秒級感知、分鐘級決策與微秒級控制閉環(huán)，進一步提升了故障預警準確率及運維響應效率。

技術特征：

1.一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，包括多模態(tài)傳感融合系統(tǒng)、邊緣計算控制中樞及云端智能決策平臺；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，由所述多模態(tài)傳感融合系統(tǒng)、邊緣計算控制中樞及云端智能決策平臺構成的一體化控制系統(tǒng)包括物理層傳感、邊緣層解析、云端決策、邊緣執(zhí)行的閉環(huán)控制架構，其中：

3.根據(jù)權利要求2所述的一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)運行方法包括：

4.根據(jù)權利要求2所述的一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，其特征在于,所述電磁場傳感器陣列包含：

5.根據(jù)權利要求2所述的一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，其特征在于,所述機械振動傳感網(wǎng)絡包含：

6.根據(jù)權利要求2所述的一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，其特征在于,所述邊緣計算控制中樞的實時控制邏輯單元包含：

7.根據(jù)權利要求1所述的一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，其特征在于,所述雙向加密數(shù)據(jù)鏈路采用分層傳輸協(xié)議，底層使用aes-256加密的modbus?tcp協(xié)議傳輸實時控制指令；上層通過mqtt協(xié)議傳輸設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包附加區(qū)塊鏈哈希值校驗。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，其特征在于,所述數(shù)字孿生仿真引擎包含：

9.根據(jù)權利要求1所述的一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，其特征在于,所述深度學習模型庫包含：

10.根據(jù)權利要求1所述的一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，其特征在于,所述控制系統(tǒng)還包括：應急容錯子系統(tǒng)，當檢測到通信中斷時，自動切換至本地緩存的控制策略庫，其策略庫存儲最近24小時優(yōu)化參數(shù)的歷史均值及3σ安全邊界。

技術總結
本發(fā)明公開了一種機電融合智能運維電梯一體化控制系統(tǒng)，包括多模態(tài)傳感融合系統(tǒng)、邊緣計算控制中樞及云端智能決策平臺。多模態(tài)傳感系統(tǒng)通過高精度電磁場傳感器、振動傳感網(wǎng)絡及紅外?光纖融合測溫模塊實時采集電梯物理狀態(tài)數(shù)據(jù)；邊緣計算中樞采用FPGA加速的信號處理器實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)特征融合，并通過加密數(shù)據(jù)鏈路上傳至云端平臺；云端數(shù)字孿生引擎構建多體動力學與電磁場耦合模型，結合深度學習算法生成優(yōu)化控制指令反饋至邊緣層執(zhí)行。系統(tǒng)創(chuàng)新性提出“傳感?邊緣?云端”三級協(xié)同架構，實現(xiàn)電梯運行狀態(tài)的毫秒級感知、分鐘級決策與微秒級控制閉環(huán)，進一步提升了故障預警準確率及運維響應效率。

技術研發(fā)人員：周月妹,劉杰,余斌,莫衛(wèi)明,談紅明
受保護的技術使用者：浙江西沃電梯有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15