便攜式電梯智能檢測儀的研發(fā)與應用

韓樹新 李東洋 金樟民 蘇立鵬 潘辛敏 刁煜晨（浙江省聯(lián)合特種設備研究院 杭州 310023 ）

便攜式電梯智能檢測儀的研發(fā)與應用

韓樹新 李東洋 金樟民 蘇立鵬 潘辛敏 刁煜晨
（浙江省聯(lián)合特種設備研究院 杭州 310023 ）

隨著電梯的結構、工作原理、拖動方式及控制系統(tǒng)的不斷改進和電梯種類的多樣化，其相關技術標準和檢驗形式也在不斷更新。為了確保檢驗質量、提升檢驗精度、提高檢驗效率，檢驗人員配備先進可靠的日常檢測工具成了保障電梯安全的關鍵因素之一。

電梯檢測 智能檢測儀 微處理器 多功能模塊

目前電梯檢驗儀器大多為進口產(chǎn)品，其價格不菲，一套完整的常規(guī)檢測設備需要一萬多元。安裝、維保人員配備的電梯常規(guī)檢驗儀器，如：照度計、測速儀、聲級計、激光測距儀、鉗形電流表等，它們分別對檢驗項目中的照度、速度、噪聲、距離和電壓等數(shù)據(jù)進行檢測，也存在種類繁多、龐大笨重、功能單一、不易攜帶、操作復雜、價高易損等缺點。這不僅會影響檢驗人員的工作效率，也會造成一些企業(yè)檢驗人員以不方便使用為由，不愿使用檢驗儀器進行數(shù)據(jù)測量，而單憑經(jīng)驗做事的現(xiàn)象。這些都影響電梯安裝和維保企業(yè)自檢結果的真實可靠性，進而可能對電梯的安全運行造成很多隱患[2]。

為了保留傳統(tǒng)各類檢測儀器的優(yōu)點，同時摒棄它們的缺點，本文提出了一種為檢驗人員量身定制的便攜式電梯智能檢測儀，基于智能儀器儀表技術和嵌入式系統(tǒng)技術，將目前分別使用的多種檢測儀器的功能集成在一個電梯檢測終端上。這種新型電梯智能檢測儀，將讓檢驗人員告別以往攜帶多臺單一檢測儀器的歷史，具有輕便、可靠和高度集成的新型檢測終端，將滿足檢驗人員在現(xiàn)場檢驗過程中快速有效地進行檢測的要求。該檢測儀還可以對測量的參數(shù)進行一系列的運算，使檢驗人員很快得到檢測結果。

1 系統(tǒng)總體方案設計

電梯智能檢測儀需解決多功能集成化、無線通訊和智能填表等問題。根據(jù)實際使用情況，檢測儀增加了其他實用功能。檢測儀采用多種傳感器模塊，將各模塊的電信號轉換為單片機適用范圍；系統(tǒng)采用鋰電池供電，設計對電池電壓進行檢測；檢測儀采用LCD液晶屏幕，設計了人機交互界面；檢測儀面板設計12個按鍵控制，分別實現(xiàn)不同操作功能；并且完成了檢測儀的故障檢測、掉電保護、時鐘等功能。

系統(tǒng)分為電源管理模塊、MCU模塊、傳感器模塊、輔助模塊和人機交互模塊等，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構

1.1 檢測數(shù)據(jù)采集

電梯檢測的數(shù)據(jù)主要包括：角度、距離、溫度、噪聲、照度、電壓、電流、電阻、速度、運行距離等。檢測儀采集到這些數(shù)據(jù)并顯示相應的檢測數(shù)據(jù)。

電梯智能檢測儀表箱包含組合式檢測模塊和手持式檢測儀，儀表的檢測模塊主要包括嵌入式傳感器和外設傳感器。嵌入式傳感器包括：三軸向加速度傳感器、激光測距傳感器、溫度傳感器、電容式噪聲傳感器、照度傳感器、萬用表模塊傳感器，分別測量電梯的角度、距離、溫度、噪聲、照度、電壓、電流、電阻等。外設傳感器模塊主要包括：霍爾傳感器、鉗形電流互感器、旋轉編碼器、數(shù)字式游標卡尺等專用檢測模塊。經(jīng)過相關分析軟件計算，完成限速器校驗、平衡系數(shù)測算、電梯速度和運行檢測、扶梯和電梯制動距離測量、鋼絲繩磨損檢測五項檢測工作。

1.2 數(shù)據(jù)通訊及存儲

檢測儀的通訊主要包括藍牙通訊，串口通訊（RS232），可以與打印機或上位機進行數(shù)據(jù)交互，方便操作人員在檢測工作后進行數(shù)據(jù)分析和處理。存儲模塊使用ATMEL_24C256芯片作為存儲介質，可以記錄各功能模塊所測量的數(shù)據(jù)和歷史時間，對記錄的數(shù)據(jù)進行分類管理，在檢測完成后隨時可以調用數(shù)據(jù)作比較分析。

1.3 功能應用開發(fā)

本檢測儀基于嵌入式技術和智能化儀表技術，采用超低功耗單片機MSP430F5438作為中央處理器，以滿足系統(tǒng)進行電梯測量數(shù)據(jù)分析時對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力的需求[3]。采用最小化系統(tǒng)與外圍功能模塊結合的設計方式搭建整個系統(tǒng)硬件平臺。它包括了手持式檢測儀、數(shù)字式游標卡尺、旋轉編碼器、噪聲傳感器、鉗形電流互感器和霍爾傳感器等模塊，實物如圖2所示。

圖2 檢測儀實物圖

系統(tǒng)通過IAR編程環(huán)境設計了友好智能的人機交互界面，方便用戶簡潔的操作。界面設計按功能層次布置，可以記錄每臺電梯所在位置和編號，并進行個性化檢驗和數(shù)據(jù)存儲。軟件主界面分為普通檢測、智能檢測、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)設置四個模塊。普通檢測操作界面快速便捷，智能檢測功能更加豐富高級，適用于各種經(jīng)驗層次的使用者。普通檢測可以提供角度、距離、溫度、噪聲、照度、電壓、電流、電阻、速度、運行距離的檢測功能，同時鏈接數(shù)據(jù)；并將電梯檢測參數(shù)按時間進行歸類存儲，方便用戶隨時調用查閱。智能測量包括限速器校驗、平衡系數(shù)測算、電梯速度和運行檢測、扶梯和電梯制動距離測量、鋼絲繩磨損檢測。其各功能界面如圖3所示。

圖3 儀表功能界面

2.2 普通檢測

該檢測儀為了方便用戶測量電梯的基本參數(shù)，設有一項普通檢測的功能包括：角度、距離、電壓、電流、電阻、速度、運行距離等。用戶可以在不設置電梯具體位置和編號的情況下直接對需要檢測的項目進行測量，并通過按下存儲按鍵保存結果。如圖5所示，在測量電梯轎廂面積時可以通過檢測儀內置的激光測距傳感器測量出轎廂的長度和寬度。

圖5 激光測距模塊

2 功能研制及應用

2.1 環(huán)境檢測

環(huán)境檢測內容主要有：噪聲、溫度和照度。本檢測儀嵌入了GY-30數(shù)字式感光模塊和18B20數(shù)字式溫度傳感器，并通過串口通訊接入噪聲傳感器模塊。該檢測儀可以在任何工作環(huán)境下快捷檢測到環(huán)境的噪聲強度、溫度和室內外光照度。如圖4所示，該檢測儀具有高精度、多功能的基本環(huán)境檢測能力，為檢測人員提供可靠的現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)。

圖4 環(huán)境檢測模塊

2.3 限速器校驗

檢測儀限速器檢驗功能用于檢測電梯限速器輪盤線速度及限速器動作速度，適用于電梯限速器的現(xiàn)場檢測和在線檢測。電梯限速器校驗模塊由兩大部分組成：驅動部分和控制檢測部分?？刂茩z測部分包括控制電路及電氣開關接口線、動作檢測電路、霍爾測速傳感器等。電氣開關接口線用于將限速器電氣開關的動作信號發(fā)送給MCU；霍爾測速傳感器用于速度檢測的同時將速度信號發(fā)送給MCU；驅動部分包括驅動電機、驅動輪和驅動開關等。如圖6所示，該檢測設備與現(xiàn)有檢測設備相比，具有體積輕巧、安裝拆卸方便的優(yōu)點。

2.4 速度及運行檢測

檢測儀通過WFG-D雙脈沖旋轉編碼器對電梯的運行速度和運行距離進行檢測?？梢詫崿F(xiàn)對電梯運行狀態(tài)的分析和扶梯制動距離的測量。通過所檢測到的數(shù)據(jù)可對電梯運行的實際速度與額定速度的偏差進行分析；還可以對電梯的運行距離進行測量，如圖7所示。通過旋轉編碼器也可以對自動扶梯制動的距離是否符合標準要求進行分析，為檢測人員進行速度方面的檢測提供有效的數(shù)據(jù)。

圖7 旋轉編碼器模塊

2.5 鋼絲繩磨損檢測

檢測儀可以將數(shù)字游標卡尺所測得的光柵信號進行采集和處理，并通過顯示屏幕動態(tài)更新。操作人員可隨時將所需數(shù)據(jù)進行一鍵存儲，可以在數(shù)據(jù)管理界面中進行查看和調用。檢測儀可根據(jù)用戶要求將所測得的鋼絲繩直徑進行后臺運算處理并得到鋼絲繩磨損后的數(shù)據(jù)。如圖8所示，該功能可極大地方便使用人員在電梯檢驗現(xiàn)場進行鋼絲繩數(shù)據(jù)的測量、記錄和計算。

圖8 游標卡尺模塊

2.6 平衡系數(shù)檢測

該檢測儀提供鉗形電流檢測模塊，通過對電梯主機動力線纜的互感式電流測量，可測得電梯在運行過程中主機電流的動態(tài)變化值。該檢測儀內置數(shù)字式萬用表模塊基于一塊高性能的FS9922-DMM4專用芯片，具有低功耗，低噪聲，高穩(wěn)定性的特征。該模塊可將鉗形電流互感器所輸出的電壓信號進行處理，得到所需要的感應電流值，并進行存儲。該方法可精確地測算出電梯在不同負載情況下的電流變化。為現(xiàn)場檢測人員測算電梯的平衡系數(shù)提供便利。

3 結語

本文提出的智能檢測儀，針對電梯日常檢驗項目的需求，在分析國內外目前主流的電梯檢測儀器的基礎上，將嵌入式技術和智能化儀表技術進行集成創(chuàng)新引入電梯檢測儀器。新型的電梯智能檢測儀具備多功能、模塊化、便攜式，是一種符合電梯檢驗標準和先進可靠的檢測儀器。該檢測儀投入試用以來，狀態(tài)良好，穩(wěn)定可靠?；跈z測儀的管理系統(tǒng)，避免了檢驗人員頻繁記錄和測量時的錯誤，友好的人機交互界面和強大的功能模塊極大地簡化檢驗人員的操作，提高了檢驗工作效率。

這種基于MSP430微處理器和多功能模塊化設計檢測儀，實現(xiàn)了電梯現(xiàn)場檢測中便攜、智能和準確可靠的應用，為電梯現(xiàn)場檢驗技術創(chuàng)新奠定了良好的基礎，具有良好的推廣應用價值。

（國家質檢總局科技計劃項目：2013QK062）

1 顧明,關勝曉,黃貴林.基于ARM11的電梯綜合檢測系統(tǒng)的研究[J].電子技術,2013,3:77～81.

2 牟永衛(wèi).淺談電梯檢驗過程中的事故傷害及其預防措施[J].浙江建筑,2009,26(8):70～72.

3 王倩,萬蒞新.基于ARM的電梯能效檢測系統(tǒng)設計[J].自動化與儀器儀表,2010 (5):25～26.

4 吳金戌.8051單片機實踐與應用[M].北京:清華大學出版社,2002:145～174.

5 李江全,張麗.Visual Basic串口通信與測控應用技術實戰(zhàn)詳解[M].北京:人民郵電出版社,2007:198～212.

Development and Application of Portable Tester of Elevator

Han Shuxin Li Dongyang Jin Zhangmin Su Lipeng Pan Xinmin Diao Yuchen
(Institu de of Unite Special Equipment of Zhejiang Province Hangzhou 310023)

With the continuous improvement of elevator structure, working principle, drag and control system of the elevator, diverse species, the relevant technical standards and inspection form are constantly updated. In order to ensure the inspection quality, improve test accuracy, improve the effi ciency of inspection, daily inspection tool inspection personnel equipped with advanced and reliable has become one of the key factors to ensure the elevator safety.

Elevator tester Intelligent detection instrument The microprocessor Multi function module

X941

B

1673－257X(2014)10－26－04

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.10.007

韓樹新（1953～),男，教授級高工，從事特種設備安全技術研究。

2014-08-15)