對一款多功能便攜式智能型電梯檢測機(jī)的說明

■文/宋金泉 張國安 宋梁君 黃 凱

對一款多功能便攜式智能型電梯檢測機(jī)的說明

■文/宋金泉 張國安 宋梁君 黃 凱

浙江紹興特檢院設(shè)計(jì)了一款多功能便攜式電梯檢測設(shè)備，在實(shí)現(xiàn)電梯速度、加速度、噪聲及平衡系數(shù)等多參數(shù)檢測的同時，還能對檢測電梯進(jìn)行全面的安全風(fēng)險評估。本文介紹了檢測系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并針對某乘客電梯進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，結(jié)果表明該儀器能實(shí)現(xiàn)電梯性能分析及風(fēng)險評估，滿足電梯檢測需求。

隨著我國現(xiàn)代化城市的建設(shè)，電梯被廣泛應(yīng)用于高層建筑，為了保障電梯的安全性，加強(qiáng)電梯的安全檢測，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患是確保電梯安全運(yùn)行的有效措施。電梯速度、加速度、噪聲及平衡系數(shù)等作為電梯的整機(jī)性能參數(shù)，直接影響電梯的運(yùn)行安全。針對目前電梯檢測設(shè)備存在測量參數(shù)單一，少有風(fēng)險評估分析以及現(xiàn)場檢測工作量大等問題，浙江紹興特檢院設(shè)計(jì)研究了一款便攜式多功能智能型電梯檢測機(jī)。該機(jī)采用智能化設(shè)計(jì)，以STM32F407為核心信號采集電路，基于Android 5.1操作系統(tǒng)，對檢測參數(shù)進(jìn)行分析處理，并根據(jù)安全風(fēng)險評價項(xiàng)對電梯進(jìn)行風(fēng)險評估，可實(shí)現(xiàn)電梯安全性能的檢測。

機(jī)器的硬件設(shè)計(jì)

這款便攜式檢測機(jī)的硬件系統(tǒng)主要由傳感器、信號采集模塊、信號處理模塊和電源模塊組成（見圖1）。

圖1 系統(tǒng)硬件總結(jié)構(gòu)圖

一、傳感器

根據(jù)GB/T 24474-2009《電梯乘運(yùn)質(zhì)量測量》和GB/T 10059-2009《電梯實(shí)驗(yàn)方法》中測量儀器測量指標(biāo)，選用三軸加速度傳感器型號AKE39T，量程2g，精度優(yōu)于0.5%；聲級計(jì)GM1356，頻率A計(jì)權(quán)，量程30～130dB，分辨率1dB；有功功率計(jì)采用電流鉗、電壓端子采集輸入，量程1～30kW，誤差小于0.2%；滾輪編碼器LD3806-600BM準(zhǔn)確度優(yōu)于±5%，量程0.005m/s～10m/s，精確到mm。

二、信號采集模塊

信號采集以ST公司32位Cortex-M4嵌入式微處理器STM32F407為核心，根據(jù)傳感器的輸出特性連接多種傳感器模塊，對傳感器信號進(jìn)行濾波、放大、整形等預(yù)處理。采集信號緩存在SRAM(Static Radom Access Memory，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器)中，通過藍(lán)牙無線傳輸或SPI(Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口)與上位機(jī)PAD(Portable Android Device，平板電腦)連接，實(shí)現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的在線讀取。同時選用SanDisk的32G存儲卡作為外部存儲介質(zhì)，對測量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄保存。

三、信號處理模塊

選用SAMSUNG Galaxy Note SM-P600 32G平板電腦作為檢測設(shè)備上位機(jī)，以1.3+1.9Ghz雙四核處理器為核心，對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和ISO標(biāo)準(zhǔn)濾波，完成電梯性能參數(shù)的在線測試，實(shí)現(xiàn)測量參數(shù)的現(xiàn)場分析和圖形化顯示。PAD內(nèi)置藍(lán)牙接口用于連接微型藍(lán)牙打印機(jī)，對測試結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場輸出打??；內(nèi)置SD卡用于存儲擴(kuò)展。

四、電源模塊

檢測系統(tǒng)共需要3種電壓模式，主電池充電電路為12V 4Ah，自帶保護(hù)電路；MUC信號采集模塊的需要電壓為3.3V；傳感器工作的需要電壓為5V。電源模塊以12V的直流電源作為供電轉(zhuǎn)換電路的輸入端，采用LM22676-ADJ轉(zhuǎn)換芯片對電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲取信號采集和傳感器工作需要的3.3V和5V電源電壓。

機(jī)器的軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要在Android 5.1操作系統(tǒng)和Eclipse開發(fā)環(huán)境下基于Java進(jìn)行編程，主要包括電梯性能參數(shù)測試軟件和安全風(fēng)險評估軟件。

一、性能分析軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)性能分析軟件主要用于完成電梯速度、加速度、噪聲及平衡系數(shù)的在線測試和分析，其軟件分析主功能（見圖2）。

電梯速度測試主要包括電梯轎廂運(yùn)行速度、轎廂移門速度的測試，其中運(yùn)行速度通過放置三軸加速度傳感器于轎廂地板中心半徑為100mm的圓形范圍內(nèi)，對測量加速度信號進(jìn)行數(shù)值積分得到；移門速度則直接通過滾輪編碼器接觸式測量得到。

圖2 電梯檢測系統(tǒng)性能分析軟件

加速度測試主要包括運(yùn)行加速度、振動加速度測試。運(yùn)行加速度主要對三軸加速度垂直方向單向加速度信號進(jìn)行10Hz低通濾波（2階巴特沃斯濾波）后得到，同時對轎廂起動加速度和制動減速度最大值進(jìn)行計(jì)算；振動加速度則對三軸加速度信號進(jìn)行ISO 8041濾波后得到，并計(jì)算X/Y/Z軸的最大峰峰值及A95峰峰值。

噪聲測試主要利用聲級計(jì)對運(yùn)行中轎廂內(nèi)噪聲值和開關(guān)門過程噪聲值進(jìn)行直接測量，并對噪聲信號求最大值以及背景噪聲的修正。

平衡系數(shù)測試主要利用有功功率計(jì)測試曳引機(jī)變頻器輸入端線電壓與線電流，通過功率計(jì)內(nèi)置計(jì)算測得曳引機(jī)有功功率，并結(jié)合電梯轎廂上/下行運(yùn)行速度，根據(jù)功率/速度檢測法計(jì)算電梯平衡系數(shù)。

二、風(fēng)險評估軟件設(shè)計(jì)

采用GB/20900-2007《電梯、自動扶梯和自動人行道 安全風(fēng)險評價和降低的方法》確定的方法，通過對影響電梯安全的評價項(xiàng)進(jìn)行風(fēng)險識別及定量、定性分析，對風(fēng)險的嚴(yán)重程度、風(fēng)險的發(fā)生概率進(jìn)行評估，通過確定風(fēng)險等級和類別，結(jié)合專家評定意見，提出降低風(fēng)險措施和評估結(jié)論。評估流程（見圖3）。

風(fēng)險評估軟件基于Android系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，主要包括用戶管理、電梯信息管理、風(fēng)險評估、專家評定、評估數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及評估報(bào)告等。

用戶管理主要用于用戶賬戶管理，包括用戶添加、刪除，用戶密碼修改及權(quán)限設(shè)置等。

電梯信息管理包括電梯名稱、使用單位、維保單位、制造單位、改造單位、電梯基本參數(shù)等信息，通過“添加”、“修改”、“刪除”功能實(shí)現(xiàn)電梯基本信息的創(chuàng)建、修改和刪除。

在完成電梯基本信息錄入后點(diǎn)擊“風(fēng)險評估”，從電梯屬性和安全要求出發(fā)進(jìn)行風(fēng)險項(xiàng)（如電氣系統(tǒng)、曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)等）的情節(jié)識別，選擇影響電梯安全運(yùn)行的各個風(fēng)險情節(jié)要素，并對選擇風(fēng)險項(xiàng)進(jìn)行嚴(yán)重程度和發(fā)生概率評估，確定風(fēng)險等級和類別。

專家評定主要根據(jù)各子系統(tǒng)的風(fēng)險等級綜合確定該電梯的綜合等級和類別，對該電梯做出綜合評價，填寫評審結(jié)論，提出相對應(yīng)降低風(fēng)險措施。

評估數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)主要用于統(tǒng)計(jì)各電梯的風(fēng)險評價總項(xiàng)數(shù)、已評價數(shù)、I級、Ⅱ級、Ⅲ級、未評價數(shù)量及綜合風(fēng)險值RZ與綜合風(fēng)險等級，并可通過點(diǎn)擊具體風(fēng)險級別查看同等級風(fēng)險評價項(xiàng)。

評估報(bào)告主要用于生成特定格式的電梯安全風(fēng)險評估報(bào)告。

性能分析

選擇一臺標(biāo)準(zhǔn)速度為1m/s，額定載荷為1000kg的乘客電梯進(jìn)行電梯整機(jī)性能測試，測得三軸加速度及噪聲原始信號，并對原始信號進(jìn)行濾波、計(jì)算及噪聲修正，得到電梯運(yùn)行綜合性能圖。

根據(jù)性能測試結(jié)果，得到該乘客電梯轎廂的運(yùn)行速度在勻速段為0.99m/s，起動加速度最大值為0.57m/ s2，制動減速度最大值為0.75m/s2，轎廂內(nèi)最大噪聲值為60dB。根據(jù)GB/T 10058-2009《電梯技術(shù)條件》整機(jī)性能要求，乘客電梯起動加速度和制動減速度最大值應(yīng)≤1.5m/s2，運(yùn)行中轎廂內(nèi)最大噪聲值≤55dB。測試結(jié)果中，聲音信號最大值為60dB，最大噪聲不發(fā)生在運(yùn)行過程，運(yùn)行中轎廂內(nèi)的最大噪聲值≤55dB，符合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條件。加速度性能參數(shù)則完全達(dá)到要求，且電梯運(yùn)行速度非常接近額定速度。根據(jù)測試結(jié)果，該電梯運(yùn)行性能基本達(dá)到技術(shù)要求。

固定有功功率計(jì)在乘客電梯曳引機(jī)變頻器輸入端，測量轎廂下行至與對重同一水平位置時電梯功率Px=45102W，上行至水平位置時的功率Ps=36822W，相對應(yīng)位置轎廂下行速度vx=0.99m/s，上行速度vs=1m/s，由平衡系數(shù)功率/速度檢測公式測得平衡系數(shù)為：

根據(jù)GB/T 10058-2009《電梯技術(shù)條件》，電梯的平衡系數(shù)應(yīng)在0.4～0.5范圍內(nèi)，綜上參數(shù)測試結(jié)果，該電梯整機(jī)性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

風(fēng)險評估

對該標(biāo)準(zhǔn)速度為1m/s，額定載荷為1000kg的乘客電梯進(jìn)行現(xiàn)場安全風(fēng)險評估，結(jié)合前文電梯性能檢測分析結(jié)果，對選擇風(fēng)險項(xiàng)進(jìn)行嚴(yán)重程度和發(fā)生概率的評估，再根據(jù)GB/20900-2007確定方法，計(jì)算出風(fēng)險項(xiàng)等級。對各子系統(tǒng)風(fēng)險項(xiàng)評估后，進(jìn)行專家評定，評審專家根據(jù)各項(xiàng)子系統(tǒng)現(xiàn)場風(fēng)險評估結(jié)果確定該電梯的綜合風(fēng)險等級，對電梯做出客觀評價，并在專家評定中輸入評審結(jié)論，同時出具評估報(bào)告。使用單位根據(jù)專家評定給出的結(jié)果，參照專家提出的防護(hù)措施對該電梯進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)整改。

這個機(jī)器根據(jù)電梯檢驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用先進(jìn)適用技術(shù)，在完成電梯整機(jī)性能參數(shù)檢測的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電梯的安全風(fēng)險評估，在一定程度上便捷了檢驗(yàn)人員的現(xiàn)場操作，提高了檢測效率。

應(yīng)用結(jié)果表明，該檢測機(jī)器符合相關(guān)電梯檢驗(yàn)檢測標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足電梯日常安檢的需要，是一種效率高、便攜性能好、成本低的新型檢測設(shè)備。

（作者單位：浙江省紹興市特種設(shè)備檢測院）