祝新偉，徐連榮，朱亞軍，黃凱，李東洋

（1.嘉興市特種設(shè)備檢測(cè)院，浙江 嘉興 314050；2.湖州市特種設(shè)備檢測(cè)中心，浙江 湖州 313000；3.麗水市特種設(shè)備檢測(cè)院，浙江 麗水 323000；4.浙江省聯(lián)合特種設(shè)備研究院，杭州 310023）

新型電梯綜合性能測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

祝新偉1，徐連榮2，朱亞軍3，黃凱4，李東洋4

（1.嘉興市特種設(shè)備檢測(cè)院，浙江 嘉興 314050；2.湖州市特種設(shè)備檢測(cè)中心，浙江 湖州 313000；3.麗水市特種設(shè)備檢測(cè)院，浙江 麗水 323000；4.浙江省聯(lián)合特種設(shè)備研究院，杭州 310023）

針對(duì)目前電梯檢測(cè)過(guò)程中工作量大、測(cè)量不精確及測(cè)量時(shí)需攜帶大量測(cè)量?jī)x器等問(wèn)題，提出一種以嵌入式STM32F407ZE處理器為核心，基于Android5.1操作系統(tǒng)的新型電梯綜合檢測(cè)儀，完成電梯速度、振動(dòng)加速度、平衡系數(shù)及噪聲的多項(xiàng)參數(shù)檢測(cè)分析。闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及測(cè)試功能在實(shí)際過(guò)程中的應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果表明該儀器實(shí)現(xiàn)了電梯運(yùn)行性能的可視化測(cè)量與現(xiàn)場(chǎng)分析，提高了檢驗(yàn)工作效率。

電梯檢測(cè)；智能；微處理器；多功能測(cè)試

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.054

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電梯被廣泛應(yīng)用于高層建筑中，成為日常生活中不可或缺的交通工具[1]?？紤]到我國(guó)各城市人口密度較大，電梯使用頻繁，導(dǎo)致其長(zhǎng)時(shí)間處于高強(qiáng)度運(yùn)行狀態(tài)，存在一定安全隱患，據(jù)我國(guó)特種設(shè)備安全狀況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近幾年來(lái)，我國(guó)平均每年的電梯事故都在60起左右[2]。

電梯的運(yùn)行速度、振動(dòng)加速度、平衡系數(shù)和噪聲等作為電梯的重要參數(shù)，直接影響著電梯的運(yùn)行安全。本文針對(duì)傳統(tǒng)電梯檢測(cè)儀存在檢測(cè)參數(shù)單一、價(jià)格昂貴、不易攜帶等問(wèn)題[3-5]，提出一種為檢驗(yàn)人員量身定制的便攜式新型電梯綜合性能測(cè)試儀，集成多種常規(guī)電梯檢測(cè)儀器功能于一體，具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、便攜性好等優(yōu)點(diǎn)。

2 測(cè)試儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電梯綜合性能測(cè)試儀由傳感器、信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊及電源模塊等組成，測(cè)試儀總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電梯綜合性能測(cè)試儀總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

2.1 傳感器

在滿足計(jì)量指標(biāo)下，選用三軸加速度傳感器型號(hào)AKE39T，量程±2g，分辨率0.6mg/LSB；三相有功功率計(jì)AOB193P，精度1%，量程30kW；電容噪聲計(jì)型號(hào)GM1356，頻率范圍20Hz~ 12.5kHz，量程30~130dB；三款傳感器均帶RS485輸出。滾輪計(jì)米器LD3806-600BM，用MCU(MicroControlUnit，微控制器)中的定時(shí)器記錄其輸出脈沖的個(gè)數(shù)。

2.2 信號(hào)采集模塊

測(cè)試儀以 ST公司 32位 Cortex-M4嵌入式微處理器STM32F407為核心，具有USB、UART、定時(shí)器等功能部件及單精度浮點(diǎn)運(yùn)算部件，帶總線擴(kuò)展接口，可直接連接SRAM(Static RadomAccessMemory)芯片，簡(jiǎn)化了檢測(cè)電路的硬件組成，降低了硬件成本。

2.3 信號(hào)處理模塊

選用帶電容觸屏的10"PAD作為測(cè)試儀主機(jī)，在Android 5.1操作系統(tǒng)和Eclipse開發(fā)環(huán)境下基于Java語(yǔ)言進(jìn)行電梯運(yùn)行性能分析軟件編寫，完成對(duì)電梯檢測(cè)參數(shù)的數(shù)據(jù)計(jì)算、性能分析、顯示和存儲(chǔ)。

2.4 電源模塊

主電池采用12V4Ah可充電鋰電池，自帶充電保護(hù)電路?？紤]到信號(hào)采集和傳感器工作需要的電源包括5V和3.3V電壓，通過(guò)LM22676-ADJ電源芯片對(duì)12V主電壓進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。

3 測(cè)試儀功能研制

檢測(cè)儀主要用于實(shí)現(xiàn)電梯速度、加速度、平衡系數(shù)及噪聲的性能檢測(cè)分析，包括轎廂運(yùn)行速度、電梯門開關(guān)速度、曳引速度、轎廂振動(dòng)加速度、平衡系數(shù)和噪聲測(cè)試。電梯門開關(guān)速度、曳引速度直接通過(guò)滾輪計(jì)米器進(jìn)行接觸式測(cè)量，利用STM32F407微處理器中的定時(shí)器記錄計(jì)米器輸出脈沖個(gè)數(shù)，通過(guò)濾波分析處理實(shí)現(xiàn)速度檢測(cè)；轎廂振動(dòng)測(cè)試通過(guò)三軸加速度傳感器測(cè)量實(shí)現(xiàn)，利用三軸加速度傳感器實(shí)現(xiàn)轎廂運(yùn)行過(guò)程中X/Y/Z三軸加速度信號(hào)采集，對(duì)測(cè)得的振動(dòng)原始信號(hào)進(jìn)行濾波分析實(shí)現(xiàn)振動(dòng)加速度測(cè)量，并結(jié)合最大振動(dòng)峰值，進(jìn)行振動(dòng)結(jié)果分析；轎廂速度測(cè)試則在獲取三軸加速度信號(hào)后進(jìn)行辛普森數(shù)值積分[6]計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)轎廂運(yùn)行速度測(cè)量；平衡系數(shù)測(cè)試通過(guò)功率計(jì)檢測(cè)曳引機(jī)實(shí)際消耗的有功功率及三軸加速度傳感器檢測(cè)轎廂的運(yùn)行速度，結(jié)合功率法[7]計(jì)算，完成平衡系統(tǒng)測(cè)量；噪聲測(cè)試通過(guò)噪聲計(jì)分別測(cè)試獲取關(guān)注位置的背景噪聲和噪聲值，并對(duì)噪聲值信號(hào)進(jìn)行背景噪聲修正，通過(guò)濾波處理后實(shí)現(xiàn)噪聲測(cè)量。

4 測(cè)試儀應(yīng)用

4.1 速度/振動(dòng)加速度檢測(cè)

選擇額定速度為1m/s，額定載荷為1000kg的乘客電梯進(jìn)行轎廂運(yùn)行速度檢測(cè)，放置三軸加速度傳感器在轎廂地板中心半徑為100mm的圓形范圍內(nèi)[8]，Z軸垂直于地板，X軸正對(duì)轎門，測(cè)得三軸振動(dòng)加速度信號(hào)如圖2所示，由圖2可知Z軸加速度信號(hào)反應(yīng)轎廂啟動(dòng)、加速、勻速、減速過(guò)程，X軸和Y軸反應(yīng)轎廂側(cè)向晃動(dòng)。通過(guò)濾波處理和積分計(jì)算，得到轎廂運(yùn)行加速度和速度，如圖3所示，可知轎廂運(yùn)行速度在勻速段為0.99m/s，加速度在-0.57~0.75m/s2之間，根據(jù)GB/T10058—2009《電梯技術(shù)條件》，測(cè)試結(jié)果顯示加速度性能參數(shù)完全達(dá)到要求，近似額定速度。該電梯基本滿足整機(jī)性能要求。

4.2 平衡系數(shù)檢測(cè)

在測(cè)試時(shí)，安裝有功功率計(jì)在曳引機(jī)變頻器輸出端；放置三軸加速度傳感器在轎廂地板中心，用于檢測(cè)轎廂運(yùn)行速度。測(cè)量電梯一次升程和降程信號(hào)，實(shí)現(xiàn)平衡系數(shù)計(jì)算。

選擇額定速度為1.5m/s，額定載荷為1000kg的乘客電梯進(jìn)行平衡系數(shù)測(cè)試，測(cè)量獲取轎廂上行/下行至與對(duì)重同一水平位置時(shí)電梯功率和轎廂運(yùn)行速度，通過(guò)公式（1）計(jì)算出平衡系數(shù)為0.446，根據(jù)GB/T10058—2009《電梯技術(shù)條件》，曳引式電梯平衡系數(shù)應(yīng)在0.4~0.5范圍內(nèi)，該電梯滿足平衡系數(shù)測(cè)試要求。

式中，K為平衡系數(shù)；Ps為轎廂上行至與對(duì)重同一水平位置時(shí)電梯運(yùn)行功率，W；Px為轎廂下行至與對(duì)重同一水平位置時(shí)電梯運(yùn)行功率，W；vs為轎廂上行與對(duì)重同一水平位置時(shí)電梯運(yùn)行速度，m/s；vx為轎廂下行至與對(duì)重同一水平位置時(shí)電梯運(yùn)行速度，m/s；Q為電梯額定載荷（從被測(cè)電梯的基本參數(shù)得到），kg；g為重力加速度。

圖2 三軸振動(dòng)加速度信號(hào)

圖3 三軸加速度分析結(jié)果

圖4 乘客電梯轎廂開關(guān)門過(guò)程噪聲測(cè)量結(jié)果

4.3 噪聲檢測(cè)

以轎廂開關(guān)門過(guò)程噪聲檢測(cè)為例，對(duì)額定速度為1m/s的乘客電梯進(jìn)行噪聲測(cè)量，放置電容噪聲計(jì)于電梯轎廂地板上方1.5m±0.1m處位置[7]，測(cè)得轎廂噪聲結(jié)果如圖4所示。在測(cè)試中噪聲最大為60dB，根據(jù)GB/T10058—2009《電梯技術(shù)條件》規(guī)定，開關(guān)門過(guò)程中轎廂內(nèi)最大噪聲值為65dB（v≤2.5m/s），表明該電梯轎廂開關(guān)門過(guò)程噪聲檢測(cè)滿足相關(guān)性能要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)電梯日常檢驗(yàn)的需求，在分析傳統(tǒng)檢測(cè)儀器的基礎(chǔ)上，采用高性能嵌入式技術(shù)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，研制開發(fā)新型電梯綜合性能測(cè)試儀，實(shí)現(xiàn)電梯檢測(cè)參數(shù)的快速、可視化測(cè)量分析。測(cè)試儀以其多功能、模塊化及便攜性好等特點(diǎn)，便捷了檢驗(yàn)人員的現(xiàn)場(chǎng)操作，提高了檢驗(yàn)的工作效率。

【1】王倩,萬(wàn)蒞新.基于ARM的電梯能效檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2010(5):25-26.

【2】2015年全國(guó)特種設(shè)備安全狀況白皮書[R].國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,2009.

【3】何麗,石麗華,賈晉杰,等.基于AT89系列單片機(jī)的手提式電梯限速器測(cè)試儀[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2014,33(11)：94-96.

【4】孟紅星,許士瑞.電梯加速度測(cè)試儀及其應(yīng)用[J].電梯工業(yè),2002(3):31-33.

【5】鄭建軍,陳志軍.便攜式電梯限速器測(cè)試儀的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 2012,25(2):103-104.

【6】毛懷新.電梯與自動(dòng)扶梯技術(shù)檢驗(yàn)[M].北京：學(xué)苑出版社,2001.

【7】GB/T24474—2009電梯乘運(yùn)質(zhì)量測(cè)量[S].

Design and Application of New Elevator Comprehensive Detector

ZHUXin-wei1,XULian-rong2,ZHUYa-jun3,HUANGKai4,LIDong-yang4
(1.JiaxingSpecialEquipmentInspectionInstituteJiaxing314050,Chin;2.HuzhouSpecialEquipmentInspectionCenterHuzhou313000,China；3.LishuiSpecialEquipmentInspectionInstituteLishui323000,China；4.ZhejiangUnionSpecialEquipmentInstituteHangzhou310023,China）

Aiming at various problems during elevator detection, such as heavyworkload, inaccuracy in measurement, and large quantity of instruments in themeasurement, a newelevator integrated detector is proposed,which uses an embedded STM32F407ZE as the core, andAndroid 5.1 as operating system, to completetheelevatorspeed,vibrationacceleration,balancingfactorandnoiseanalysisofthemulti-parameterdetection.Theoveralldesignofthe systemand the function in the process of actual application is elaborated.Test results showthat the visualmeasurement and analysis on-site of elevator's running performance,whichimprovestheworkefficiencyofdetection.

elevatordetection;intelligence;microprocessor;multifunctionaltest

TP216

B

1007-9467（2016）07-0083-03

2016-6-1

浙江省安全生產(chǎn)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014A1001）

祝新偉（1967~），男，浙江嘉興人，高級(jí)工程師，主要從事特種設(shè)備安全技術(shù)研究，（電子信箱）kayhwang@126.com。