智能化水砝碼電梯載荷試驗方法的研究探討

張志成，程建山，趙世軍，蘆永軍

（1.山西省檢驗檢測中心，山西 太原 030012；2.大連光程光電有公司，遼寧 大連 116602）

目前，傳統(tǒng)的載荷試驗手段所存在的固有問題，已經極大地限制了電梯檢驗檢測行業(yè)的發(fā)展，對老百姓日常乘用電梯安全產生了很大的隱患，對國家監(jiān)督檢驗規(guī)則的有效實施提出了挑戰(zhàn)。

以水替代傳統(tǒng)金屬砝碼、以水的流動替代人工的搬運、以水的自動化精確輸送控制實現(xiàn)載荷的重量控制的解決方案，該方案方案可行性好、技術易于整合、未來社會和經濟效益好、易于推廣使用等多個優(yōu)點。新技術的高效應用無論從監(jiān)督管理、有效保證乘梯人員安全、降低試驗單位成本及人力需求等多方面都具有積極意義。

1 新試驗方法技術實現(xiàn)思路

1.1 總體設計方案

該項目為集水泵電氣變頻控制、流量計實時監(jiān)控、卷管器自動電氣控制收放、機械結構設計等一系列技術整合應用的綜合項目，每一項關鍵技術的突破性應用都是電梯檢驗行業(yè)從未涉及的，這些技術的應用創(chuàng)新將為該行業(yè)提供全新的技術參考，為行業(yè)的發(fā)展提供了全新的技術實現(xiàn)思路和啟發(fā)。以下是項目總體設計的具體實現(xiàn)思路：

（1）采用國產運輸車輛通過設計研發(fā)和改造，使之具有水砝碼的裝載、輸送、回收、運輸?shù)墓δ堋?/p>

（2）采用智能控制的泵水回路，通過流量計緊密計量控制，使之具有水砝碼加減載和準確的計量功能。

（3）研發(fā)設計專用的液體儲存裝置實現(xiàn)水載荷的有效加載和移動，該裝置具有足夠的裝載強度和抗壓能力，才可收縮和重復使用。

（4）研制專用的輸送管線自動收放裝置實現(xiàn)管路的自動助力收放。

（5）采用有效的切換方式使系統(tǒng)具有智能和手動雙重有效控制，從而實現(xiàn)水載荷的高效可靠回收。

1.2 需要解決的關鍵技術問題

（1）針對整套裝置設計專用的總控電氣控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括微電腦控制總控板、顯示界面、集成操作界面等組成，負責統(tǒng)一管理各功能單元的協(xié)同運行，各項專用技術高效集成是關鍵核心技術問題。

（2）總控系統(tǒng)的軟件無疑是整套系統(tǒng)的靈魂，負責管理各硬件單元的協(xié)調工作及狀態(tài)監(jiān)控工作，軟件設計的可靠性及穩(wěn)定性需要經過大量的測試才能實現(xiàn)，成為整套系統(tǒng)至關重要的技術難題。

（3）將電控系統(tǒng)、水泵及控制管路、儲水水箱等幾大核心部件與車平臺的機械整合成為機械設計所要突破的難點，在保證整車裝置合理布局的前提下實現(xiàn)最優(yōu)化配置，要充分考慮系統(tǒng)、各單元、試驗場地、運輸條件等多種要求。

1.3 技術設計方案

1.3.1 電氣控制系統(tǒng)設計方案

如圖1所示為電梯載荷試驗設備電氣控制系統(tǒng)具體設計方案原理圖，其中包括供電系統(tǒng)、人機交互顯示與控制、一體化各執(zhí)行元器件集成邏輯控制電路板。

圖1 電氣控制系統(tǒng)實施方案

考慮到現(xiàn)場應用條件需求，一般電源獲取位置多在工地現(xiàn)場或小區(qū)保安室或電梯井道底坑位置，所以設備供電采用220VAC市電電壓等級輸入；同時為了保證當出現(xiàn)試驗現(xiàn)場無法有效獲取到電源時設備也可正常工作，并且在試驗過程中如果突然發(fā)生斷電、電梯故障等其他失去電源獲取的情況能夠把電梯轎廂內的液體載荷排出，增加了備用電源的設計方案。所以整套電氣控制系統(tǒng)在電源供給設計上采用雙回路供電。

為了使整個系統(tǒng)操作更加人性化，人機交互界面采用了雙操作器設置，其一為安裝在控制柜上的一體化觸摸屏，方便工作過程中的數(shù)據(jù)顯示并且操作簡單；其二為遠程手持操作器，試驗現(xiàn)場地點多為電梯底層地下室內或者一樓樓房單元內等車輛無法直接到達的位置，為了測試操作人員能夠在試驗現(xiàn)場對設備進行操控，所以需要配備遠程手持操作器滿足現(xiàn)場應用需求。并且為了試驗過程中的設備安全考慮，增加了檢修操作模式，能夠在設備故障時或有調試需求時進行簡單功能的使用。

為適應平衡系數(shù)檢測、110%超載、125%靜載及動載制動等多種載荷試驗項目，以及對所有電氣設備集成管理，需配備專用的集成邏輯控制電路板及專用軟件控制系統(tǒng)，搭載多種控制模式選擇，能夠適應各種檢驗項目與工況需求。該系統(tǒng)實時對車內及輸出的液體流量精確反饋，并協(xié)同各個電氣執(zhí)行元器件按照人機交互輸入指令工作，組成高效率、高精度、可靠、安全的一體化電氣控制系統(tǒng)。

1.3.2 輸送車的改造及車載液體輸送管路設計開發(fā)

在進行輸送車整體電氣控制系統(tǒng)及液體輸送管路布局設計時，需要注意以下幾個設計要點：（1）輸送管路布局空間合理，各零部件方便拆卸和維修；（2）車載顛簸震動的工作環(huán)境下，需要對管路添加柔性連接位置，消除在車輛運行中的顛簸震動影響，并且需要對核心元器件增加減震措施；（3）需要適應我國南方高溫的天氣和北方的極寒天氣，所以需要對車載罐體增加保溫措施，對核心驅動部件和控制部件增加散熱措施；（4）整車輕量化設計，避免車輛滿載超重；（5）需要考慮車輛空載和滿載時候的重心位置，避免車輛運行轉彎中發(fā)生傾覆。輸送車整體設計布局如圖2所示。

圖2 輸送車及車載液體輸送管路布局

1.3.3 系統(tǒng)工作模式設定

由于該設備主要應用于電梯載荷試驗中，所以輸送液體砝碼的精度為重中之重，但是在液體管路輸送過程中，管內若存在氣體則會嚴重影響控制計量精度。所以針對此問題需要提出以下兩種工作模式，來解決液體管路輸送中氣體對計量精度干擾的問題。

（1）自循環(huán)模式：圖3所示為自循環(huán)模式流程圖，自循環(huán)模式啟動之前，球閥處于關閉狀態(tài)，點擊手持操作器顯示屏，啟動自循環(huán)模式，球閥開啟到位指示燈亮，進水電磁閥開啟，進水接觸器吸和，水泵開啟，開始進水，流量計開始計量，水管同時排氣，管內氣體排空后，進水電磁閥自動關閉，進水接觸器釋放，水泵停止工作，進水停止，水管排氣完成。（2）正在輸水模式：圖4所示為進出水模式流程圖，連續(xù)進出水循環(huán)模式啟動之前，球閥開啟到位指示燈亮，點擊手持操作器顯示屏，啟動進出水模式，輸入流量參數(shù)，進水電磁閥開啟，進水接觸器吸和，水泵開啟，進水開始，流量計實時監(jiān)控，到達設定流量值，進水電磁閥自動關閉，進水接觸器釋放，水泵停止工作。

1.3.4 新方法電梯載荷試驗實施步驟

（1）到達待測電梯現(xiàn)場，將水砝碼置于待測電梯轎廂內部，接通電源，將手持操作器與邏輯控制顯示屏無線接通。（2）將卷管器開關控制設為放管狀態(tài)，卷管器釋放管路，將管路與轎廂內的水砝碼對接，對接完成后，將卷管器開關控制設為關閉。（3）點擊手持操作器的自循環(huán)模式，將水砝碼供水單元中水管氣體排出。（4）開始電梯載荷試驗，點擊手持操作器連續(xù)進出水模式，在手持操作器中輸入相應的參數(shù)，設備自動為水砝碼供水，到達預設水量后，自動停止，斷開供水管路與水砝碼的連接。（5）電梯載荷試驗完成，將供水管路與水砝碼連接，點擊手持操作器連續(xù)進出水模式，在手持操作器中輸入相應的參數(shù)，設備自動將水砝碼中水抽出，出水完成之后，自動停止。（6）斷開供水管路與水砝碼的連接，將卷管器開關控制設為收管狀態(tài)，進行水管回收，回收過程中可以進行人工輔助。（7）收管完成，將卷管器開關控制設為關閉，將水砝碼從待測電梯內搬出，斷開供電電源。

圖4 連續(xù)工作模式流程

2 結語

文章提出以水作為重量載體，來替代傳統(tǒng)金屬砝碼進行電梯定期及監(jiān)督檢驗載荷試驗的新技術和新方法，詳細闡述了該技術方法的總體方案及關鍵技術的實現(xiàn)手段。通過研發(fā)設計專用的電梯載荷車來進行水的運輸和自動裝載，以電控泵驅動水的流動替代人工搬運來達到節(jié)省人力并提高效率的目的，以流量計作為核心計量控制技術實現(xiàn)載荷試驗對載荷精度的要求。