一种过山车状态监测与预警系统以及方法与流程

1.本发明涉及游乐设施物联网领域，特别是涉及一种过山车状态监测与预警系统以及方法。


背景技术：

2.游乐设施是文旅产业的重要组成部分，也是中国八大类特种设备之一，其安全性备受关注。过山车是最受游客喜爱的游乐设施之一，结构复杂、型式多样，根据中国大型游乐设施安全监管体系的要求，过山车在运营使用时需要按照设备使用维保手册开展日常检验检测，并通过国家法定检验机构每年度的定期检验。无论是使用单位的日常检验检测，还是检验机构的定期检验，都是检验检测人员依靠检测仪器每隔一定时间对其进行检测，无法对其进行实时监测，也就无法实时获取其重要运行数据。随着中国数字化经济的发展和物联网技术的成熟，考虑到过山车运行安全的重要性，对其重要运行参数如运行速度、运行加速度、电机电流、传动系统振动、重要螺栓轴力、重要部件应力、重要轴承温度、液压油温等进行实时监测，并根据实时监测数据设置预警是十分有必要的，这对过山车设备安全运行和乘客安全游乐有着重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种过山车状态监测与预警系统以及方法，可实现对过山车的实时监测与预警。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种过山车状态监测与预警系统，包括：监测模块、站点综合数据处理模块、云端控制器和预警数据库；
6.所述监测模块、所述站点综合数据处理模块和所述云端控制器依次连接；所述预警数据库与所述云端控制器连接；所述监测模块用于对所述过山车的监测量进行监测；所述监测量包括运行速度、运行加速度、电机电流、传动系统振动、重要螺栓轴力和运行视频；所述站点综合数据处理模块用于对所述监测量进行处理得到处理结果；所述云端控制器用于根据所述处理结果和所述预警数据库中的预警阈值进行对比得到预警信息并根据所述预警信息进行预警。
7.可选地，所述监测模块包括运行速度监测模块、运行加速度监测模块、电机电流监测模块、传动系统振动监测模块、重要螺栓轴力监测模块和运行视频监测模块；所述运行速度监测模块、所述运行加速度监测模块、所述电机电流监测模块、所述传动系统振动监测模块、所述重要螺栓轴力监测模块和所述运行视频监测模块均与所述站点综合数据处理模块连接。
8.可选地，还包括站点综合数传模块；所述站点综合数传模块分别与所述站点综合数据处理模块和所述云端控制器连接。
9.可选地，还包括云端数传模块；所述站点综合数传模块通过所述云端数传模块与
所述云端控制器连接。
10.可选地，还包括人机交互模块；所述人机交互模块与所述云端控制器连接；所述人机交互模块用于显示所述监测量和所述预警信息。
11.可选地，所述人机交互模块包括电脑端、手机端和大屏端。
12.可选地，还包括云端存储器；所述云端存储器与所述云端控制器连接；所述云端存储器用于存储所述监测量和所述预警信息。
13.本发明还提供一种过山车状态监测与预警方法，所述过山车状态监测与预警方法应用于上述所述的过山车状态监测与预警系统；所述过山车状态监测与预警方法包括：
14.获取监测量的处理结果；
15.根据所述处理结果与预警阈值进行对比，确定预警信息；
16.根据所述预警信息进行预警。
17.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
18.本发明包括包括：监测模块、站点综合数据处理模块、云端控制器和预警数据库；所述监测模块、所述站点综合数据处理模块和所述云端控制器依次连接；所述预警数据库与所述云端控制器连接；所述监测模块用于对所述过山车的监测量进行监测；所述监测量包括运行速度、运行加速度、电机电流、传动系统振动、重要螺栓轴力和运行视频；所述站点综合数据处理模块用于对所述监测量进行处理得到处理结果；所述云端控制器用于根据所述处理结果和所述预警数据库中的预警阈值进行对比得到预警信息并根据所述预警信息进行预警，从而实现对过山车的实时监测与预警。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明过山车状态监测与预警系统结构示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明的目的是提供一种过山车状态监测与预警系统以及方法，可实现对过山车的实时监测与预警。
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
24.如图1所示，本发明提供的一种过山车状态监测与预警系统，包括：监测模块、站点综合数据处理模块、云端控制器和预警数据库。
25.所述监测模块、所述站点综合数据处理模块和所述云端控制器依次连接；所述预
警数据库与所述云端控制器连接；所述监测模块用于对所述过山车的监测量进行监测；所述监测量包括运行速度、运行加速度、电机电流、传动系统振动、重要螺栓轴力和运行视频；所述站点综合数据处理模块用于对所述监测量进行处理得到处理结果；所述云端控制器用于根据所述处理结果和所述预警数据库中的预警阈值进行对比得到预警信息并根据所述预警信息进行预警。
26.所述监测模块包括运行速度监测模块、运行加速度监测模块、电机电流监测模块、传动系统振动监测模块、重要螺栓轴力监测模块和运行视频监测模块；所述运行速度监测模块、所述运行加速度监测模块、所述电机电流监测模块、所述传动系统振动监测模块、所述重要螺栓轴力监测模块和所述运行视频监测模块均与所述站点综合数据处理模块连接。
27.过山车状态监测与预警系统还包括站点综合数传模块；所述站点综合数传模块分别与所述站点综合数据处理模块和所述云端控制器连接。
28.过山车状态监测与预警系统还包括云端数传模块；所述站点综合数传模块通过所述云端数传模块与所述云端控制器连接。
29.过山车状态监测与预警系统还包括人机交互模块；所述人机交互模块与所述云端控制器连接；所述人机交互模块用于显示所述监测量和所述预警信息。所述人机交互模块包括电脑端、手机端和大屏端。
30.过山车状态监测与预警系统还包括云端存储器；所述云端存储器与所述云端控制器连接；所述云端存储器用于存储所述监测量和所述预警信息。
31.所述运行速度监测模块包括光电传感器组1、速度数采终端1、速度数传模块1，光电传感器组2、速度数采终端2、速度数传模块2，光电传感器组3、速度数采终端3、速度数传模块3，所述运行加速度监测模块包括车体加速度传感器、加速度数采终端、加速度数传模块，所述电机电流监测模块包括电流互感器、电流数采终端、电流数传模块，所述传动系统振动监测模块包括振动传感器、振动数采终端、振动数采模块，所述重要螺栓轴力监测模块包括超声探头、螺栓轴力数采终端、螺栓轴力数传模块，所述运行视频监测模块包括监控摄像头、视频采集终端、音视频数传模块，所述人机交互模块包括电脑端、手机端、大屏端；运行速度监测数据通过所述速度数传模块1、速度数传模块2、速度数传模块3传输至所述站点综合数据处理模块进行数据处理，运行加速度监测数据、电机电流监测数据、传动系统振动监测数据、重要螺栓轴力监测数据、运行视频分别通过所述加速度数传模块、电流数传模块、振动数传模块、螺栓轴力数传模块、音视频数传模块传输至所述站点综合数据处理模块进行数据处理，数据处理完成后由所述站点综合数传模块传输至所述云端数传模块，进而传输至所述云端控制器，通过与所述预警数据库里的专家数据比对后判定是否预警，经所述人机交互模块显示监测数据与预警信息，并存储于所述云端存储器。
32.所述光电传感器组1包括两个镜反射式光电传感器，型号为qs18vn6lv，一前一后安装于过山车的出站位置，相互间距离100mm左右，通过检测过山车车体经过的时间差来监测过山车的出站速度，同时作为过山车的启动信号，采集的两个电信号进入速度采集终端1，经速度数传模块1传输至云端；所述光电传感器组2包括两个镜反射式光电传感器，型号为qs18vn6lv，一前一后安装于过山车提升或发射后第一个俯冲段的末端位置，相互间距离100mm左右，通过检测过山车车体经过的时间差来监测过山车的最大速度，采集的两个电信号进入速度采集终端2，经速度数传模块2传输至云端；所述光电传感器组3包括两个镜反射
式光电传感器，型号为qs18vn6lv，一前一后安装于过山车第一个减速制动装置前的位置，相互间距离100mm左右，通过检测过山车车体经过的时间差来监测过山车的回站速度，采集的两个电信号进入速度采集终端3，经速度数传模块3传输至云端，同时作为过山车的停止信号；通过启动信号和停止信号间的时间差来监测过山车的运行时长并计算运行轮次；所述速度数采终端1、速度数采终端2、速度数采终端3的功能为数字量信号输入；所述速度数传模块1、速度数传模块2、速度数传模块3为路由器。
33.所述加速度传感器与所述加速度数采终端相互集成，型号为bmi160，安装于过山车车体的座椅架处，用于采集过山车的三向加速度信号，采集的加速度数据经所述加速度数传模块传输至云端，所述加速度传输模块为wifi模块。
34.所述电流互感器有2个，型号为dsg-kt8，分别安装于过山车控制柜的总断路器处和主电机断路器处，用于监测过山车的总电流和主电机电流，采集的电流数据经所述电流数传模块传输至云端，所述电流数采终端的功能为模拟量信号输入，所述电流数传模块为路由器。
35.所述振动传感器安装于过山车提升驱动系统，用于监测过山车提升驱动系统的振动信号，采集的振动数据经振动数传模块传输至云端，所述振动数采终端的功能为模拟量信号输入，所述振动数传模块为路由器。
36.所述超声探头安装于最大速度处、立环处、螺旋环处等重要运行位置的高强螺栓处，用于监测高强螺栓的预紧力，采集的高强螺栓轴力数据经所述螺栓轴力数传模块输出至云端，所述螺栓轴力数采终端的功能为模拟量信号输入，所述螺栓轴力数传模块为路由器。
37.所述监控摄像头与所述音视频数采终端相互集成，型号为ds-2cd2626f(d)wda3-lzs，安装于站台处、提升段、立环处等重要运行区段，用于采集过山车的运行视频信号，采集的视频信号经所述音视频数传模块传输至云端，所述视频传输模块为路由器。
38.所述站点综合数据处理模块的控制器为基于arm的单片机，用于对各监测量数据进行数据处理、数据分类、数据打包。
39.所述预警数据库为专家数据库，包括运行速度、运行加速度、电机电流、传动系统振动、重要螺栓轴力的单向预警阈值以及综合预警阈值，具体如表1所示：
40.表1过山车状态监测与预警阈值表
[0041][0042][0043]
所述云端控制器对各监测数据与所述预警数据库里的单向预警阈值和综合预警阈值进行比对，一旦监测数据超出单向预警阈值或综合预警阈值，则通过所述人机交互模块进行报警提示，同时将各监测数据通过所述人机交互模块进行显示，监测数据和报警提示信息存储于所述云端存储器。
[0044]
其工作原理如下：
[0045]
(1)过山车开始运行后，车体经过光电传感器组1中的第一个镜反射式光电传感器时速度数采终端1接收到一个脉冲信号，通过速度数传模块1传输至站点综合数据处理模
块，记录时间t1，车体经过第二个镜反射式光电传感器时速度数采终端1接收到第二个脉冲信号，通过速度数传模块1传输至站点综合数据处理模块，记录时间t2，站点综合数据处理模块通过光电传感器组1中两个镜反射式光电传感器的安装距离以及t2与t1的时间差，计算出站速度ve，t1记为过山车的启动时间；同理，车体经过光电传感器组2中的第一个镜反射式光电传感器时速度数采终端2接收到一个脉冲信号，通过速度数传模块2传输至站点综合数据处理模块，记录时间t3，车体经过第二个镜反射式光电传感器时速度数采终端2接收到第二个脉冲信号，通过速度数传模块2传输至站点综合数据处理模块，记录时间t4，站点综合数据处理模块通过光电传感器组2中两个镜反射式光电传感器的安装距离以及t4与t3的时间差，计算最大速度vm；车体经过光电传感器组3中的第一个镜反射式光电传感器时速度数采终端3接收到一个脉冲信号，通过速度数传模块3传输至站点综合数据处理模块，记录时间t5，车体经过第二个镜反射式光电传感器时速度数采终端3接收到第二个脉冲信号，通过速度数传模块3传输至站点综合数据处理模块，记录时间t6，站点综合数据处理模块通过光电传感器组3中两个镜反射式光电传感器的安装距离以及t6与t5的时间差，计算回站速度vr，t6记为过山车的停止时间；站点综合数据处理模块计算t6与t1的时间差为过山车的运行时长，并记为一个运行轮次。
[0046]
(2)车体加速度传感器随过山车运行时产生加速度信号，加速度数采终端采集加速度信号后通过加速度数传模块传输至站点综合数据处理模块，站点综合数据处理模块对加速度信号进行低通滤波处理，得到x向加速度ax、y向加速度ay、z向加速度az。
[0047]
(3)电流互感器监测过山车的总电流和主电机电流，电流数采终端采集电流信号并转换为数字量信号后通过电流数传模块传输至站点综合数据处理模块。
[0048]
(4)振动传感器监测过山车提升驱动系统的振动信号，振动数采终端采集振动信号并转换为数字量信号后通过振动数传模块传输至站点综合数据处理模块，站点综合数据处理模块对振动信号进行计算，得到加速度有效值aev。
[0049]
(5)超声探头监测重要位置处高强螺栓的预紧力，螺栓轴力数采终端采集拉力信号并转换为数字量信号后通过螺栓轴力数传模块传输至站点综合数据处理模块。
[0050]
(6)监控摄像头监测过山车的重要运行区间段，音视频数采终端采集音视频信号后通过音视频数传模块传输至站点综合数据处理模块。
[0051]
(7)站点综合数据处理模块将处理完成的各监测数据分类打包后通过站点综合数传模块传输至云端数传模块，进而到云端控制器。
[0052]
(8)云端控制器对各监测数据与预警数据库里的单向预警阈值和综合预警阈值进行比对，一旦监测数据超出单向预警阈值或综合预警阈值，则通过人机交互模块进行报警提示，同时各监测数据通过人机交互模块进行显示，监测数据和预警信息存储于云端存储器。
[0053]
本发明还提供一种过山车状态监测与预警方法，所述过山车状态监测与预警方法应用于上述所述的过山车状态监测与预警系统；所述过山车状态监测与预警方法包括：
[0054]
获取监测量的处理结果。
[0055]
根据所述处理结果与预警阈值进行对比，确定预警信息。
[0056]
根据所述预警信息进行预警。
[0057]
本发明中监测系统采用分布式控制，预警系统采用专家数据库，可靠性高、灵活性
好，可更好的实现对过山车的实时监测与预警。
[0058]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0059]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种过山车状态监测与预警系统，其特征在于，包括：监测模块、站点综合数据处理模块、云端控制器和预警数据库；所述监测模块、所述站点综合数据处理模块和所述云端控制器依次连接；所述预警数据库与所述云端控制器连接；所述监测模块用于对所述过山车的监测量进行监测；所述监测量包括运行速度、运行加速度、电机电流、传动系统振动、重要螺栓轴力和运行视频；所述站点综合数据处理模块用于对所述监测量进行处理得到处理结果；所述云端控制器用于根据所述处理结果和所述预警数据库中的预警阈值进行对比得到预警信息并根据所述预警信息进行预警。2.根据权利要求1所述的过山车状态监测与预警系统，其特征在于，所述监测模块包括运行速度监测模块、运行加速度监测模块、电机电流监测模块、传动系统振动监测模块、重要螺栓轴力监测模块和运行视频监测模块；所述运行速度监测模块、所述运行加速度监测模块、所述电机电流监测模块、所述传动系统振动监测模块、所述重要螺栓轴力监测模块和所述运行视频监测模块均与所述站点综合数据处理模块连接。3.根据权利要求1所述的过山车状态监测与预警系统，其特征在于，还包括站点综合数传模块；所述站点综合数传模块分别与所述站点综合数据处理模块和所述云端控制器连接。4.根据权利要求3所述的过山车状态监测与预警系统，其特征在于，还包括云端数传模块；所述站点综合数传模块通过所述云端数传模块与所述云端控制器连接。5.根据权利要求1所述的过山车状态监测与预警系统，其特征在于，还包括人机交互模块；所述人机交互模块与所述云端控制器连接；所述人机交互模块用于显示所述监测量和所述预警信息。6.根据权利要求5所述的过山车状态监测与预警系统，其特征在于，所述人机交互模块包括电脑端、手机端和大屏端。7.根据权利要求1所述的过山车状态监测与预警系统，其特征在于，还包括云端存储器；所述云端存储器与所述云端控制器连接；所述云端存储器用于存储所述监测量和所述预警信息。8.一种过山车状态监测与预警方法，其特征在于，所述过山车状态监测与预警方法应用于权利要求1-7任意一项所述的过山车状态监测与预警系统；所述过山车状态监测与预警方法包括：获取监测量的处理结果；根据所述处理结果与预警阈值进行对比，确定预警信息；根据所述预警信息进行预警。

技术总结
本发明公开一种过山车状态监测与预警系统以及方法，涉及游乐设施物联网领域，系统包括监测模块、站点综合数据处理模块、云端控制器和预警数据库；所述监测模块、所述站点综合数据处理模块和所述云端控制器依次连接；所述预警数据库与所述云端控制器连接；所述监测模块用于对所述过山车的监测量进行监测；所述监测量包括运行速度、运行加速度、电机电流、传动系统振动、重要螺栓轴力和运行视频；所述站点综合数据处理模块用于对所述监测量进行处理得到处理结果；所述云端控制器用于根据所述处理结果和所述预警数据库中的预警阈值进行对比得到预警信息并根据所述预警信息进行预警。本发明可实现对过山车的实时监测与预警。本发明可实现对过山车的实时监测与预警。本发明可实现对过山车的实时监测与预警。


技术研发人员：宋伟科 张琨 赵召 崔高宇 李尼亚 孙艺峰 杜中强 刘畅
受保护的技术使用者：中国特种设备检测研究院
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/7/6