王 樂 周 蕊 紀(jì)嘉麟

（天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 天津 300192）

基于嵌入式計算機的電梯平衡系數(shù)測試儀研究

王 樂 周 蕊 紀(jì)嘉麟

（天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 天津 300192）

針對傳統(tǒng)的電梯平衡系數(shù)檢測方法費時、費力、效率低，測試結(jié)果誤差大的問題，提出了一種基于嵌入式計算機的便攜式平衡系數(shù)測試儀的設(shè)計方案，闡述了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件流程。通過以單片機為核心的距離檢測系統(tǒng)實現(xiàn)轎廂與對重的平衡位置檢測。通過無線通信，實現(xiàn)主控系統(tǒng)與距離檢測系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。該測試儀的應(yīng)用減小了傳統(tǒng)測量方法帶來的人為誤差，使檢測過程更高效，檢測結(jié)果更準(zhǔn)確。

平衡系數(shù) 嵌入式計算機 距離檢測系統(tǒng) 無線通信

電梯平衡系數(shù)作為曳引式驅(qū)動電梯的重要性能指標(biāo)，直接影響到電梯的運行安全、能源消耗、舒適性等方面［1］。其作用是為了說明對重平衡轎廂側(cè)重量的程度，其設(shè)計和取值與曳引輪繩槽的形狀、材料、鋼絲繩和繩槽的潤滑、轎廂的自重等有關(guān)系［2］。

平衡系數(shù)過大或過小都有可能導(dǎo)致電梯運行過程中曳引輪兩側(cè)曳引繩的拉力關(guān)系不滿足曳引條件，從而出現(xiàn)曳引鋼絲繩在曳引輪上打滑的情況［3］。平衡系數(shù)過大，轎廂在空載或輕載情況下，可能造成上行超速甚至沖頂事故；平衡系數(shù)過小，轎廂在重載或滿載情況下，可能造成下行超速甚至蹲底事故［4］。因此平衡系數(shù)取值是否合理至關(guān)重要。TSG T7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強制驅(qū)動電梯》要求，曳引電梯的平衡系數(shù)應(yīng)當(dāng)在0.40～0.50之間，或者符合制造（改造）單位的設(shè)計值［5］。

對平衡系數(shù)進(jìn)行檢測是電梯施工單位自檢和檢驗機構(gòu)監(jiān)督檢驗的重要環(huán)節(jié)，其實質(zhì)是檢測對重所平衡掉轎廂側(cè)重量的比值是否在檢規(guī)規(guī)定的范圍內(nèi)。檢規(guī)要求的檢驗方法為：轎廂分別裝載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%作上、下全程運行，當(dāng)轎廂和對重運行到同一水平位置時，記錄電動機的電流值，繪制電流-負(fù)荷曲線，以上、下行運行曲線的交點確定平衡系數(shù)［5］。傳統(tǒng)的檢驗方法通常有兩種方式確定轎廂和對重在同一水平位置的時刻：在曳引繩上做標(biāo)記或通過觀察控制系統(tǒng)的樓層位置顯示粗略估計。這兩種方法都存在人為反應(yīng)誤差，且電梯行程越大、速度越快，產(chǎn)生的誤差越大。當(dāng)平衡系數(shù)接近設(shè)計上限或下限時，這種誤差很可能導(dǎo)致檢驗人員將檢驗結(jié)論誤判為不合格。為了解決這個問題，本文從應(yīng)用角度出發(fā)，研制了一種基于嵌入式計算機的便攜式平衡系數(shù)測試儀。該測試儀可自動檢測轎廂和對重在同一水平位置的時刻并記錄電動機電流值，在整個測試過程結(jié)束后，自動繪制電流-負(fù)荷曲線，確定平衡系數(shù)。

1 平衡系數(shù)測試儀硬件設(shè)計

本系統(tǒng) 設(shè)計的平衡系數(shù)測試儀由主控系統(tǒng)和距離檢測系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 平衡系數(shù)測試儀硬件結(jié)構(gòu)框圖

1.1 主控系統(tǒng)硬件設(shè)計

主控系統(tǒng)以PCM-9361嵌入式計算機為核心，主要部分包括鍵盤、液晶顯示、電流檢測模塊、無線通信模塊。鍵盤設(shè)計以HT82K629A-40標(biāo)準(zhǔn)鍵盤芯片為核心，從而避免了鍵盤掃描電路和中斷處理電路的設(shè)計，通過重新定義按鍵的使用功能使其滿足系統(tǒng)需求，配合觸屏的輸入方式，使操作更簡潔。電流檢測通過電流傳感器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)字量傳遞給PCM-9361。待所有電流檢測數(shù)據(jù)得出后，系統(tǒng)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)自動擬合、繪制并顯示平衡系數(shù)曲線。

1.2 距離檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計

距離檢測系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心，主要部分包括紅外測距模塊、電池供電模塊、無線通信模塊。距離檢測系統(tǒng)置于轎頂，當(dāng)檢測到轎廂和對重在平衡位置時，系統(tǒng)通過無線通信向置于機房或緊急操作屏的主控系統(tǒng)發(fā)出信息，主控系統(tǒng)立即檢測并記錄此刻電流值。紅外測距模塊采用紅外測距傳感器，在轎廂運動過程中，該傳感器以一定頻率向?qū)χ貍?cè)發(fā)射紅外光，光經(jīng)障礙物反射后又被傳感器接收，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)字量傳遞給單片機。當(dāng)轎廂與對重在同一水平位置時，檢測系統(tǒng)得到轎廂與對重的距離；當(dāng)兩者不在同一水平位置時，檢測系統(tǒng)得到轎廂與井道壁的距離。由于轎廂與對重的距離小于與井道壁的距離，因此所有檢測數(shù)據(jù)的最小值即為轎廂與對重的距離。

1.3 通信方式的選擇與硬件設(shè)計

由于置于轎頂?shù)木嚯x檢測系統(tǒng)隨轎廂的移動而移動，因此使用無線通信實現(xiàn)其與主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞。本系統(tǒng)選用PTR2000芯片作為無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，該模塊硬件連接簡圖如圖2所示。

圖2 無線通信模塊硬件連接簡圖

無線通信模塊的主要外圍電路有以下兩個：

1）與單片機的連接電路。AT89C51的RXD和TXD引腳與PTR2000模塊的DO和DI引腳直接相連，PTR2000的模式控制引腳與單片機的控制引腳相連。

2）與PCM-9361計算機的連接電路。通過MAX202器件對PCM-9361的串口RS232和PTR2000模塊進(jìn)行RS232和TTL電平轉(zhuǎn)換，其輸入輸出信號與PTR2000的DO、DI連接，經(jīng)其轉(zhuǎn)換后的信號直接與PCM-9361的RS232串口相連接。

2 平衡系數(shù)測試儀軟件設(shè)計

在進(jìn)行平衡系數(shù)測試之前，要進(jìn)行測試系統(tǒng)的井道自學(xué)習(xí)，由于紅外測距傳感器有特定的測量范圍，首先應(yīng)粗略確定轎頂邊緣與對重之間的距離，根據(jù)此距離將距離檢測系統(tǒng)安放在轎頂?shù)暮线m位置。學(xué)習(xí)開始，將電梯從底層開到頂層，在此期間測量距離檢測系統(tǒng)到障礙物的距離，學(xué)習(xí)結(jié)束，得到最小值Lmin即為檢測系統(tǒng)與對重的水平距離。以此值為基準(zhǔn)，設(shè)定一個范圍Lmin-ΔL＜L＜Lmin+ΔL，當(dāng)在轎廂運行過程中檢測到的距離在這個范圍內(nèi)時，表明轎廂與對重到達(dá)同一水平位置，此時距離檢測系統(tǒng)通過無線通信向主控系統(tǒng)發(fā)送信號，觸發(fā)主控系統(tǒng)進(jìn)入中斷測量并記錄電流值。整個系統(tǒng)軟件簡易流程圖如圖3所示。

3 平衡系數(shù)測試儀測試實例

為了測試該儀器的效果，筆者對某臺新裝電梯進(jìn)行了測試。該電梯基本參數(shù)如下：額定載重量Q=800kg，額定速度v=1.0m/s，層站為7層7站。在電梯安裝前，筆者已隨施工單位在開箱點件后測得相關(guān)數(shù)據(jù)：轎廂及其配件的重量G，對重裝置及其配件的重量W。根據(jù)平衡系數(shù)計算公式k=（W-G）/Q，得出k=45.1%。

電梯安裝完成后，通過傳統(tǒng)方法得出平衡系數(shù)為43%。通過測試儀測得電流值并自動繪制的平衡系數(shù)曲線如圖4所示。從圖中可得出測試儀測得平衡系數(shù)為45.3%。測試結(jié)果表明該測試儀的使用在實現(xiàn)自動化的同時能基本反映電梯平衡系數(shù)的實際情況，使檢測結(jié)果更客觀。

圖3 系統(tǒng)軟件流程簡圖

圖4 平衡系數(shù)曲線

4 結(jié)束語

基于PCM-9361的平衡系數(shù)測試儀體積小，方便攜帶，且該嵌入式計算機配有多種標(biāo)準(zhǔn)接口，可方便對系統(tǒng)進(jìn)行功能擴展，后續(xù)開發(fā)過程可考慮完善以下功能：

1）加裝小型打印機，將繪制好的平衡系數(shù)曲線適時打印出來；

2）與計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將數(shù)據(jù)上傳到計算機。

經(jīng)過現(xiàn)場測試試驗，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定。與用傳統(tǒng)方法測得的平衡系數(shù)測試曲線和測試結(jié)果基本一致?；谇度胧接嬎銠CPCM-9361的便攜式平衡系統(tǒng)測試儀的開發(fā)和利用，減小了人為因素對測試結(jié)果的影響，縮短了檢測時間，提高了檢測效率，使檢測結(jié)果更可靠，對檢驗機構(gòu)的電梯檢驗和施工單位的電梯安裝、改造、重大維修有一定的指導(dǎo)意義。

［1］李典偉.利用額定載荷靜態(tài)測試電梯平衡系數(shù)方法［J］.質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2011，（2）：35-37.

［2］陳偉森.平衡系數(shù)對電梯運行的影響及其測量方法探究［J］.機電工程技術(shù)，2013，42（05）：104-107.

［3］毛懷新.電梯與自動扶梯技術(shù)檢驗［M］.北京：學(xué)苑出版社，2001.

［4］秦宜奮.曳引電梯平衡系數(shù)的合理配置及檢測［J］.中國特種設(shè)備安全，2013，29（9）：14-17.

［5］ TSG T7001—2009 電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強制驅(qū)動電梯［S］.

Research on Elevator Balance Coeffi cient Test Instrument Based on Embedded Computer

Wang Le Zhou Rui Ji Jialin
（Tianjin Special Equipment Inspection Institution Tianjin 300192）

Aimed at the problem that the traditional elevator balance coeffi cient detection method is timeconsuming， laborious and ineffi cient with large error in detection result， a portable elevator balance coeffi cient test instrument is proposed which is based on embedded computer. This paper describes its hardware architecture and software process. Balance position detection of car and counterweight is completed by distance detection system using a single chip microcomputer as its core. Data communication is achieved with wireless communication between the host system and the distance detection system. Compared with traditional detection method， the application of this new instrument reduces human error， makes detection process more effi cient and makes detection results more accurate.

Balance coeffi cient Embedded computer Distance detection system Wireless

X941

A

1673-257X（2015）05-18-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.05.004

王樂（1988～），男，碩士，助理工程師，從事特種設(shè)備機電類工作及研究。

2014-07-31）

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