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电梯硬件完整性水平评估方法

阅读：450发布：2021-03-03

IPRDB可以提供电梯硬件完整性水平评估方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种电梯硬件完整性水平评估方法。将电梯分为传感器子系统、逻辑子系统和最终组件子系统；计算各子系统的失效率；根据各子系统的失效率计算出电梯总失效率；然后根据浴盆曲线原理，用补偿函数对总失效率进行修正；所述补偿函数自变量为年限，因变量为放缩比例；根据修正后的总失效率推出电梯硬件完整性等级并判定电梯硬件完整性等级是否合格，若不合格，则根据对失效率高的子系统进行优化直至电梯硬件完整性等级合格。本发明可以直观、综合、定量地确定电梯硬件完整性水平。，下面是电梯硬件完整性水平评估方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电梯硬件完整性水平评估方法，包括如下步骤：

步骤1，根据其冗余结构和功能特征将电梯分为三个子系统，分别为传感器子系统、逻辑子系统和最终组件子系统；其中传感器子系统包括电梯中使用的传感器和编码器；逻辑子系统包括在电梯的控制系统中使用的可编程逻辑器件和电子元器件；最终组件子系统为电梯最终的执行部件；

步骤2，计算各子系统的失效率；

步骤3，根据各子系统的失效率计算出电梯总失效率；然后根据浴盆曲线原理，用补偿函数对总失效率进行修正；所述补偿函数自变量为年限，因变量为放缩比例；

步骤4，根据修正后的总失效率推出电梯硬件完整性等级并判定电梯硬件完整性等级是否合格，若不合格，则根据对失效率高的子系统进行优化直至电梯硬件完整性等级合格。

2.如权利要求1所述电梯硬件完整性水平评估方法，

传感器子系统失效包括传感器失效率和编码器失效率；传感器失效率和编码器失效率根据电梯的基础失效率和诊断覆盖率，以及电梯的冗余结构通过查询标准获得；

逻辑子系统中各电子元器件的失效率根据基础失效率和现场测试的工作温度、工作电压和工作电流，按照国家标准中提供的公式计算获得；

最终子系统失效率由制动器弹簧平均失效率，制动器平均失效率，闸瓦平均失效率，制动器线圈平均失效率，制动器电阻平均失效率，制动器电容平均失效率综合计算后获得。

3.如权利要求2所述电梯硬件完整性水平评估方法，在确定制动器状态时，根据轿厢空载上行和满载下行的两种状态下的制动力、电流以及制停距离计算电梯发生意外时移动到再次制停的距离，判断该制停的距离是否符合国家标准。

说明书全文

电梯硬件完整性水平评估方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电梯控制技术领域，具体涉及一种电梯硬件完整性水平评估方法。

背景技术

[0002] 随着。随着电梯在城市生活中的逐渐普及和生活水平的提高，人们对电梯运行安全的要求也随之提高。由于电梯具有使用周期长、使用频率高等特点，对电梯功能安全进行准确的评估就显得尤为重要。由于功能安全评估方法相比于传统安全评估方法更加全面准确，所以近些年功能安全的概念在各种特种设备安全评估的领域内得到了广泛的应用。

[0003] 然而对于电梯的功能安全评估尤其是电梯功能安全中的电子元器件功能安全部分，国内的研究很少。至今我国也没有很好地在各领域制定适合该领域特性的功能安全标准。例如，以电梯制动系统的安全评估为例，现行的官方标准仍然是老旧的《电梯制造与安装安全规范》和《电梯监督检验和定期检验规则》。

[0004] 在评估的过程中，老旧标准都把评估的重心放在电梯制动器的机械结构上，对于电梯系统中使用很多的电子可编程控制系统以及各种传感器都很少涉及或者甚至不涉及。这样的评估方法是无法满足现代社会对于设备可靠性的需要的。此外在老旧标准中，对于电梯元件的评价往往只有合格和不合格的定性评价，这无法完整反映系统元器件的损耗程度，更无法对元器件的未来寿命以及整改方向问题给出可靠的结论。

[0005] 因此需要充分揭示电梯的电子元器件指标、机械结构状态与电梯硬件完整性水平的直接联系并建立电梯硬件完整性水平指标体系与数学模型，可以给予电梯硬件完整性水平检测与评价的理论指导，对于提高和改善电梯硬件完整性水平评估方法具有重大意义。

发明内容

[0006] 本发明提出。本发明的目的在于提供一种直观、综合、定量的电梯硬件完整性水平测试方法，并根据实测硬件完整性水平指标对不合格电梯给出优化建议。

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种电梯硬件完整性水平评估方法，包括如下步骤：

[0008] 步骤1，根据其冗余结构和功能特征将电梯分为三个子系统，分别为传感器子系统、逻辑子系统和最终组件子系统；其中传感器子系统包括电梯中使用的传感器和编码器；逻辑子系统包括在电梯的控制系统中使用的可编程逻辑器件和电子元器件；最终组件子系统为电梯最终的执行部件；

[0009] 步骤2，计算各子系统的失效率；

[0010] 步骤3，根据各子系统的失效率计算出电梯总失效率；然后根据浴盆曲线原理，用补偿函数对总失效率进行修正；所述补偿函数自变量为年限，因变量为放缩比例；

[0011] 步骤4，根据修正后的总失效率推出电梯硬件完整性等级并判定电梯硬件完整性等级是否合格，若不合格，则根据对失效率高的子系统进行优化直至电梯硬件完整性等级合格。

[0012] 进一步，传感器子系统失效包括传感器失效率和编码器失效率；传感器失效率和编码器失效率根据电梯的基础失效率和诊断覆盖率，以及电梯的冗余结构通过查询标准获得；逻辑子系统中各电子元器件的失效率根据基础失效率和现场测试的工作温度、工作电压和工作电流，按照国家标准中提供的公式计算获得；最终子系统失效率由制动器弹簧平均失效率，制动器平均失效率，闸瓦平均失效率，制动器线圈平均失效率，制动器电阻平均失效率，制动器电容平均失效率综合计算后获得。

[0013] 进一步，在确定制动器平均状态时，根据轿厢空载上行和满载下行的两种状态下的制动力、电流以及制停距离计算电梯发生意外时移动到再次制停的距离，然后并与国家相关标准中的数据进行比对是否符合标准。

[0014] 本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

[0015] (1)在现有功能安全评估方法基础上，根据电梯的结构特征和功能需求，选取了合适的性能评价参数，建立了电梯硬件完整性水平评价指标体系；

[0016] (2)传统安全评估仅仅是定性评估，本系统将电梯的性能定量化评估，定量揭示了相关指标与电梯硬件完整性水平的内在联系；

[0017] (3)根据浴盆曲线原理，对评价结果进行补偿，从而比传统评估法更为准确；

[0018] (4)提出了基于多目标优化技术的硬件策略优化研究，自动筛选出相应的不合格指标，使得用户可以针对情况进行优化，最终达到相关标准的要求；

[0019] (5)能够定量得出系统的功能安全水平，所以能够更加直观地判断出需要改进的指标，此外由于该方法考虑了机械结构与电子元器件的状态，所以也更加综合全面。

附图说明

[0020] 图1是本发明电梯硬件完整性水平评估方法示意图。

[0021] 图2是本发明基于FMEDA的硬件失效率算法模型示意图。

[0022] 图3是本发明中电梯紧急制停距离测定方法。

[0023] 图4是电梯冗余结构示意图。

[0024] 图5是逻辑子系统电路图。

具体实施方式

[0025] 容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明一种低剖面空气介质的微带天线的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

[0026] 本发明所述电梯硬件完整性水平评估方法包括如下步骤：

[0027] 步骤1，将电梯根据其冗余结构和功能特征分为三个子系统，分别为传感器子系统、逻辑子系统和最终组件子系统。其中传感器子系统主要包括电梯中使用的传感器和编码器。电梯中使用的传感器有重量传感器、测距传感器等，需要根据具体电梯判断。逻辑子系统主要包括在电梯的控制系统中存在大量的可编程逻辑器件和电子元件。最终组件子系统主要包括电梯的最终组件子系统是最终的执行部件。

[0028] 步骤2，计算各子系统失效率。

[0029] (1)传感器子系统失效包括传感器失效率和编码器失效率。计算传感器或者编码器是根据电梯厂家提供的基础失效率和诊断覆盖率，以及电梯的冗余结构通过查询标准获得传感器或者编码器失效率。

[0030] (2)逻辑子系统中器件的失效率是通过厂家提供的基础失效率和现场测试的工作温度、工作电压和工作电流等信息通过标准GJB 299C中提供的公式计算得出。

[0031] (3)最终子系统主要包括弹簧、闸瓦、线圈制动器等结构。通过后面提到的机械结构状态要求和4个部件的实际失效率综合评估。其中，失效率由冗余结构、基础失效率和诊断覆盖率计算得出。

[0032] 步骤3，根据上面计算出的3个子系统失效率相加得出总失效率。然后根据浴盆曲线原理，用补偿函数(自变量为年限，因变量为放缩比例)对总失效率进行修正。

[0033] 步骤4，根据总失效率得出电梯的硬件完整性等级并判定是否合格。若不合格则根据失效率情况给出整改意见。

[0034] 实施例：

[0035] 待测电梯介绍：本次评估选取南京市某办公大楼的民用电梯作为案例，记为A梯。该电梯安装于2009年12月，9层9站，速度1.5m/s，载重1500kg。

[0036] 步骤1，使用FMEDA硬件失效率算法计电梯的算硬件失效率。

[0037] A梯在进行安全评估之前发生过一次制动器故障事件，在进行本次安全功能评估时电梯可以正常工作。电梯6个月检修一次，平均恢复时间为8小时。

[0038] 如图4所示，本发明从硬件角度将电梯分为传感器子系统、逻辑子系统以及最终组件子系统等三个子系统，每个子系统均包含相应的电子元器件。

[0039] (1)传感器子系统算硬失效率计算

[0040] 如表1所示，传感器子系统包括重量传感器和旋转编码器，

[0041] 表1传感器子系统硬件失效数据

[0042]名称基础失效率(10-6) 冗余结构诊断覆盖率
重量传感器 1 1oo1结构 90％
旋转编码器 0.5 1oo1结构 90％

[0043] 根据重量传感器和旋转编码器硬失效率时，根据电梯厂家提供的基础失效率和诊断覆盖率，以及电梯的冗余结构通过查询相关国家标准获得重量传感器和旋转编码器硬失效率。根据标准GJB 299C-2006查表可知，6个月检修平均恢复时间为8小时条件下，重量传感器平均失效率为5E-8，旋转编码器平均失效率为2.5E-8。所以传感器子系统的硬件失效概率为：

[0044] PFDs＝5E-8+2.5E-8＝7.5E-8

[0045] (2)逻辑控制子系统算硬失效率计算

[0046] 逻辑子系统的电路如图5所示。逻辑子系统中各电子元器件的硬件失效率是通过厂家提供的基础失效率和现场测试的工作温度、工作电压和工作电流等信息通过标准GJB 299C-2006中提供的公式计算得出。

[0047] 对于单一电子元器件，其硬件失效率计算方法为：λP＝λbπEπQπKπC。其中，λb为基本失效率，πE为环境系数，πQ为质量系数，πK为种类系数，πC为结构系数。表2[0048] 逻辑控制子系统检测记录

[0049]

[0050]

[0051] 逻辑控制子系统中各电子元器件如表2所示，将上表的最后一列各电子元器件的失效概率相加可以得出电梯系统的危险失效等级为2E-7。由电路冗余结构图可知该子系统冗余结构为1oo2。根据该电梯的基本信息可知此子系统的检验测试时间间隔为6个月。在此基础之上，β＝10％，βD＝5％且诊断覆盖率为0％。根据以上数据查表计算可得其平均失效率为1E-8。

[0052] 根据厂家提供的PLC系统的基础失效概率为2.4E-5。由电路冗余结构图可知该子系统冗余结构为1oo1。根据该电梯的基本信息可知此子系统的检验测试时间间隔为6个月。由于其失效模式都是危险失效且诊断覆盖率为99％，所以计算可得其平均失效概率为
1.4E-7。

[0053] 综上所述，逻辑控制子系统总平均失效概率为：

[0054] PFDL＝1.4E-7+1E-8＝15E-8

[0055] (3)最终组件子系统算硬失效率计算

[0056] 结合图3，在最终组件子系统的评估中，本发明对传统的制动器评估方法进行了改良。主要考虑空载上行和满载下行的两种状态。需要测量的参数有轿门高度、轿厢重量和额定制动力。然后再检测两种极端状态下的制动力和电流以及制停距离。最终将测得数据处理后导入数学模型计算电梯发生意外移动到再次制停的距离并与相关标准进行比对，输出评估结果。

[0057] 首先针对电梯的制动器系统进行评估。需要测定4个指标分别为制动器弹簧状态、磨损情况、制动轮与闸瓦衬垫状态和紧急制停距离。

[0058] 其中前三个指标均合格，对于紧急制停距离指标运算过程与结果如下：

[0059] 经过现场工作人员测量该电梯紧急制停所需距离分别为0.43米(上行)与0.94米(下行)，经过测量电梯门高度为2.2米，故而预留的安全距离为1.77(上行)和1.26米，均大于标准规定的人不会被剪切的最小高度0.6米。故而该指标符合安全标准。

[0060] 下面依照最终组件子系统的冗余结构计算其失效率，检测数据如下表：

[0061] 表3逻辑控制子系统检测记录

[0062]-7 -9
名称冗余结构基础失效率(10 ) 诊断覆盖率平均失效率(10 )
弹簧 1oo1 50 90％ 250
制动器 1oo1 50 90％ 250
闸瓦 1oo1 1 90％ 5
线圈 1oo1 5 60％ 100
电阻 1oo1 1 60％ 20
电容 1oo1 1 60％ 20

[0063] 根据标准中查表可知，6个月检修平均恢复时间为8小时条件下，制动器弹簧平均失效率为2.5E-7，制动器平均失效率为2.5E-7，闸瓦平均失效率为5E-9，制动器线圈平均失效率为1E-7，制动器电阻平均失效率为2E-8，制动器电容平均失效率为2E-8。所以传感器子系统的失效概率为

[0064] PFDPE＝2.5E-7+2.5E-7+5E-9+1E-7+2E-8+2E-8＝645E-9

[0065] 综上所述电梯最终的硬件失效率为:

[0066] PFDSYS＝PFDS+PFDLPFDPE＝7.5E-8+15E-8+645E-9＝8.7E-7

[0067] 根据上面的年限补偿，该电梯运行8年无需进行补偿，所以最终失效率为8.7E-7。由于该电梯最终失效率≥10-7且＜10-6所以该电梯系统安全完整性等级评估结果为高操作要求下的SIL2，符合电梯安全标准，检验通过。

标题	发布/更新时间	阅读量
硬件环路-专利编号CN1473294A	2020-05-13	971
混合硬件-专利编号CN110363856A	2020-05-11	489
硬件装置-专利编号CN102782695A	2020-05-11	345
硬件环路-专利编号CN1503941A	2020-05-12	753
硬件复位-专利编号CN101859171B	2020-05-12	981
硬件装置-专利编号CN102782695B	2020-05-13	1001
硬件环路-专利编号CN1471667A	2020-05-13	276
硬件检测-专利编号CN110832556A	2020-05-11	538
硬件管理-专利编号CN107533436A	2020-05-12	305
硬件环路-专利编号CN100380316C	2020-05-11	111

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